乙醇( 四 ) _生活百科

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（catalyst是催化剂，pressure是加压）此法中的原料—乙烯可大量取自石油裂解气，成本低，产量大，这样能节约大量粮食，因此发展很快。煤化工以煤基合成气为原料，经甲醇、二甲醚羰基化、加氢合成乙醇的工艺路线。联合生物加工利用生物能源转化技术生产乙醇能缓解非再生化石能源日渐枯竭带来的能源压力。来源广泛的纤维素将是很有潜力的生产乙醇原料。然而由于各种原因，一般的发酵法生产乙醇成本较高，乙醇生产难以规模化。联合生物加工技术，一体化程度高，能有效降低生产成本，未来发展前景广阔。①原因生物转化使用的原料是玉米等粮食作物，但是这些原料的大量使用会影响到粮食安全，所以秸秆、麸皮、锯木粉等农业、工业废弃物等含有大量的木质纤维素，将是很有潜力的乙醇发酵原料。另外，生物燃料的生产过程中，纤维素的预处理和纤维素酶的生产成本较高。因此减少预处理，增强纤维素酶的活性，提高发酵产物的产量和纯度，减少中间环节也是降低生产成本的途径。②原理联合生物加工 (consolidated bioprocessing，CBP)不包括纤维素酶的生产和分离过程，而是把糖化和发酵结合到由微生物介导的一个反应体系中，因此与其他工艺过程相比较，底物和原料的消耗相对较低，一体化程度较高。③工艺生理学研究和14C标记的纤维素实验说明，生长于纤维素上的微生物的生物能量效益取决于胞内低聚糖摄取过程中β一糖苷键磷酸解的效率，并且这些效益超过了纤维素合成的生物能量成本。这些研究为纤维素分解菌在纤维素上快速生长提供了实验依据和理论依据。套用联合生物加工的关键是构建出能完成多个生化反应过程的酶系统，使纤维素原料通过一个工艺环节就转变为能源产品。一些细菌和真菌具有CBP所需要的特性，所以改造现有的微生物已成为研究的热点。以基因重组等为代表的生物工程技术已经使这种构想成为现实，并为设计出更完善的CBP酶系统提供了可能。对相关的微生物改造主要有以下3个策略：1.天然策略是将本身可产生纤维素酶的微生物，尤其是厌氧微生物进行改造，使其适应CBP生产的要求。这种策略关键在于，提高对乙醇的耐受力，减少副产物的生成，导入新的代谢基因将糖化产物全部或者大部分进行发酵，从而产出高浓度的乙醇。2.重组策略是通过基因重组的方法表达一系列的外切葡聚糖酶和内切葡聚糖酶等纤维素酶基因，使微生物能以纤维素为唯一碳源，将来源于纤维素的糖类完全或者大部分进行发酵。重组策略所遇到的问题有：(1)外源基因共表达对细胞的有害性。(2)需要在转录水平使外源基因适量表达。(3)一些分泌蛋白可能摺叠不正确。因为纤维素降解蛋白合成之后必须要正确摺叠才能分泌并行使功能。未正确摺叠的蛋白分泌后要通过内质网结合蛋白降解，而且对内质网造成压力。3.共培养策略共培养策略有两层含义：一是指发酵液中存在的不同的类型的微生物，利用广泛类型的糖类底物。例如将仅能利用己糖的热纤维梭菌与能利用戊糖的微生物进行共培养。这能避免不同生物间的底物竞争，实现乙醇产量最大化。二是指存在不同特性的微生物相互协作，加强发酵效果。④特点1.提高乙醇耐受力高浓度的乙醇能改变细胞膜上的受体蛋白，阻遏糖酵解和代谢循环，最终抑制细胞的生长和发酵。许多证据表明，乙醇耐受基因不是单一的基因，全转录工程提供了一个新方法。例如分别通过三种转录调控因子基因的突变，酿酒酵母的乙醇耐受力有所提高。2.提高糖转运效率糖类不能自由地穿过细胞膜，微生物是通过特定的糖转运蛋白来利用糖类，所以了解糖转运机制是必要的。转运蛋白作为培养基中糖浓度的“感受器”，可产生相应的胞内信号．不同的糖转运蛋白在不同的浓度下行使功能，从而使微生物在较广的範围内利用糖类。这是生物方法的综合运用。当然，还有其他的生产工艺方法，基本原理都是运用生物发酵的方法生产乙醇，如：木质纤维素原料酶水解产乙醇，玉米秸秆发酵生产乙醇等。这些基本的发酵方法通过联合生物加工，可以大大提高乙醇的生产效率、减低生产成本。⑤提纯75%的乙醇可以用蒸馏的方法蒸馏到95.5% 。此后形成恆沸物，不能提高纯度。95%的乙醇可以用生石灰煮沸回流提纯到99.5% 。99.5%的乙醇可以用镁条煮沸回流製得99.9%的乙醇。1.分批萃取精馏法乙醇的生产离不开精馏、萃取等化工流程。氧化钙脱水法、共沸精馏、吸附精馏、渗透汽化、吸附法、萃取精馏法和真空脱水法等多用在乙醇的回收和提纯的方面。实际生产中较成熟的方法是共沸精馏和萃取精馏,这2 种分离方法多以连续操作的方式出现。在一些领域生产乙醇设备简单、投资小,可单塔分离多组分混合物,或同一塔可处理种类和组成频繁更换的物系。分批共沸精馏可以同时满足这些要求,但是分批共沸精馏所需的塔板数较多,产品中常含有微量的苯不能套用于医药和化学试剂领域,且生产中易发生苯中毒事故。分批萃取精馏(BED) 则无以上缺点，且可以同时具备分批精馏与萃取精馏两者的优点。其工艺特点是连续萃取精馏至少需要3 个精馏塔的工艺来完成：乙醇稀溶液富集到共沸组成(乙醇质量分数95.7 %)，萃取精馏回收无水乙醇，回收溶剂以循环使用。并且连续萃取精馏法只适于原料组成固定的、规模较大的连续生产中。而且设备投资少，仅用单塔可完成原料富集、萃取精馏和溶剂回收3 项任务；且精密度高，可根据实际生产的需求，灵活地调节产品纯度；节省操作成本、无需连续操作；此设备也可用于回收其他有机溶剂。2.分子筛固定床吸附法（简称分子筛法）分子筛是一种无色、无臭、无毒的新材料,在无水乙醇製备和其他共沸混合物分离过程中无需添加第三组分,生产过程几乎无毒害三废排放；共沸法牵涉到苯、环已烷等高毒性的第三组分。工艺简单可靠、产品质量优，是一种环保、节能型工艺。优点是可以降低设备安装高度，提高固定床有效吸附量及成品质量稳定性。产生的废气、废渣、废液均有很好的处理方法。套用领域工业原料乙醇的用途很广，可以用于：溶剂；有机合成；各种化合物的结晶；洗涤剂；萃取剂；食用酒精可以勾兑白酒；用作粘合剂；硝基喷漆；清漆、化妆品、油墨、脱漆剂等的溶剂以及农药、医药、橡胶、塑胶、人造纤维、洗涤剂等的製造原料、还可以做防冻剂、燃料、消毒剂等。75%的乙醇溶液常用于医疗消毒。消毒用品体积分数99.5%以上的酒精称为无水酒精。生物学中的用途：叶绿体中的色素能溶在有机溶剂无水乙醇（或丙酮）中，所以用无水乙醇可以提取叶绿体中的色素。95%的酒精用于擦拭紫外线灯。这种酒精在医院常用，而在家庭中则只会将其用于相机镜头的清洁。70%～75%的酒精用于消毒。这是因为，过高浓度的酒精会在细菌表面形成一层保护膜，阻止其进入细菌体内，难以将细菌彻底杀死。若酒精浓度过低，虽可进入细菌，但不能将其体内的蛋白质凝固，同样也不能将细菌彻底杀死。其中75%的酒精消毒效果最好。40%～50%的酒精可预防褥疮。长期卧床患者的背、腰、臀部因长期受压可引发褥疮，如按摩时将少许40%～50%的酒精倒入手中，均匀地按摩患者受压部位，就能达到促进局部血液循环，防止褥疮形成的目的。25%～50%的酒精可用于物理退热。高烧患者可用其擦身，达到降温的目的。因为用酒精擦拭皮肤，能使患者的皮肤血管扩张，增加皮肤的散热能力，酒精蒸发，吸热，使病人体表面温度降低，症状缓解。注意：酒精浓度不可过高，否则可能会刺激皮肤，并吸收表皮大量的水分。饮料製品乙醇是酒主要成分（含量和酒的种类有关係）。注意：日常饮用的酒内的乙醇不是把乙醇加进去，而是微生物发酵得到的乙醇，当然根据使用的微生物种类不同还会有乙酸或糖等有关物质。白酒的度数表示酒中含乙醇的体积百分比（西方国家常用proof表示酒精含量），通常是以20℃时的体积比表示的，如50度的酒，表示在100毫升的酒中，含有乙醇50毫升(20℃) 。另外对于啤酒是表示啤酒生产原料麦芽汁的浓度，以12度的啤酒为例，是麦芽汁发酵前浸出物的浓度为12%(重量比) 。麦芽汁中的浸出物是多种成分的混合物，以麦芽糖为主。啤酒中乙醇浓度一般低于10% 。有机原料乙醇可用来製取乙醛、乙醚、乙酸乙酯、乙胺等化工原料，也是製取、染料、涂料、洗涤剂等产品的原料。汽车燃料早在19世纪，就出现了现代生物能源乙醇。1902 年，Deutz可燃气发动机工厂特意将1/3的重型机车利用纯乙醇作为燃料，随后的1925 年至1945年间，乙醇被加入到汽油里作为抗爆剂。可以说安全、清洁是乙醇的主要优势。第一代生物能源正是乙醇（俗称“汽车酒精”）。这类乙醇使用粮食或者甘蔗作为原料，通过澱粉或者蔗糖发酵得到的，而微生物在其中起着至关重要的作用。生物乙醇发酵是目前最大规模的微生物发酵过程。乙醇可以调入汽油作为车用燃料。美国销售乙醇汽油已有20年历史，我国高粱乙醇在汽油中占10% 。乙醇汽油也被称为“E型汽油”，我国使用乙醇汽油是用90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成。它可以改善油品的性能和质量，降低一氧化碳、碳氢化合物等主要污染物排放。药理作用消毒广泛用于医用消毒（体积分数为75%±5%的乙醇溶液常用于医疗消毒）。一般使用 95%的酒精用于器械消毒；70~75%的酒精用于杀菌，例如75%的酒精在常温（25℃）下，一分钟内可以杀死大肠桿菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌、白色念球菌、铜绿假单胞菌等；更低浓度的酒精用于降低体温，促进局部血液循环等。但是研究表明，乙醇不能杀死细菌芽孢，也不能杀死肝炎病毒（如：B肝病毒）。故乙醇只能用于一般消毒，达不到灭菌标準。食用乙醇还可以用于食用，如酒。因为它能作为良好的有机溶剂，所以中医用它来送服中药，以溶解中药中大部分有机成分。酒精在中药使用上的作用：1、酒精可以行药势，古人谓“酒为诸药之长”，酒精可以便药力外达于表而上至于颠，使理气行血药物的作用得到较好的发挥，也能使滋补药物补而不滞；2、酒精有助于药物有效成分的析出，中药的多种成分都易于溶解酒精之中；3、防腐作用。吸收饮酒后，乙醇很快通过胃和小肠的毛细血管进入血液。一般情况下，饮酒者血液中乙醇的浓度（blood alcohol concentration，BAC）在30~45分钟内将达到最大值，随后逐渐降低。当BAC超过1000mg/L时，将可能引起明显的乙醇中毒。摄入体内的乙醇除少量未被代谢而通过呼吸和尿液直接排出外，大部分乙醇需被氧化分解。代谢在乙醇的代谢过程中乙醇脱氢酶（alcohol dehydrogenase，ADH）起着至关重要的作用，它主要分布在肝脏，在胃肠道及其他组织中也有少量分布。乙醇通过血液流到肝脏后，首先被ADH氧化为乙醛，而乙醛脱氢酶则能把乙醛进一步催化为乙酸，在肝脏中乙醇还能被CYP2E1酶分解代谢。人喝酒后面部潮红，是因为皮下暂时性血管扩张所致，因为这些人体内有高效的乙醇脱氢酶，能迅速将血液中的酒精转化成乙醛，而乙醛具有让毛细血管扩张的功能，会引起脸色泛红甚至身上皮肤潮红等现象，也就是平时所说的“上脸” 。另外还有一种酶——乙醛脱氢酶，喝酒脸红的人是只有乙醇脱氢酶没有乙醛脱氢酶，所以体内迅速累积乙醛而迟迟不能代谢引起的。乙醇代谢的速率主要取决于体内酶的含量，其具有较大的个体差异，并与遗传有关。人体内若是具备这两种酶，就能较快地分解酒精，中枢神经就较少受到酒精的作用，因而即使喝了一定量的酒后，也行若无事。在人体中，都存在乙醇脱氢酶，而且大部分人数量基本是相等的。但缺少乙醛脱氢酶的人就比较多。乙醛脱氢酶的缺少，使乙醛分解较慢，在体记忆体留时间较长，所以严格地说酒精的代谢速度是没法用一个準确的速度来描述的，因人而异。燃料乙醇燃料乙醇一般是指体积分数达到 99.5%以上的无水乙醇，是良好的辛烷值调和组分和汽油增氧剂，燃烧乙醇汽油能够有效减少汽车尾气中的 PM2.5 和 CO[1]，其作为可再生液体燃料的代表之一，可补充化石燃料资源，降低石油资源对外依存度，减少温室气体和污染物排放，近年来受到世界各国的广泛关注。自巴西、美国率先于 20 世纪 70 年代中期大力推行燃料乙醇政策以来，加拿大、法国、西班牙、瑞典等国纷纷效仿，目前以甘蔗、玉米为原料的第 1 代燃料乙醇产业已经形成规模，燃料乙醇已经成为世界消费量最大的生物燃料。世界燃料乙醇发展概况2011年世界生物燃料总产量为9095万吨，其中燃料乙醇产量为6680万吨。美国是目前世界上最大的燃料乙醇生产国，2011年总产能为4454万吨/年（149亿加侖/年），实际产量约为4153万吨（139亿加侖，1加侖=3.78541L，下同），较2010年（3944万吨）增加了5.3%，占世界燃料乙醇总产量的62.2% 。美国共有燃料乙醇生产企业209家，绝大多数以玉米为原料，目前美国非粮原料燃料乙醇厂。美国通过法令的形式，强制规定了燃料乙醇的使用量。2005年通过的可再生燃料标準（RFS）能源政策法案（EPAct）规定到2012年生物燃料使用量要达到75亿加侖。2007年美国能源独立与安全法案（EISA）中对RFS进行了修订，建立了RFS2计画，对每年运输用的纤维素生物燃料、生物柴油和先进生物燃料的使用量进行了规定，要求到2022年生物燃料的总使用量要达到360亿加侖（235万桶/日），其中纤维素生物燃料的使用量要达到160亿加侖。目前美国市场上同时销售不含乙醇的汽油、E10和E15汽油。E10已经在美国得到广泛套用，使用比例达到95%，销售商将辛烷值为83.5～83.7的汽油与乙醇（体积分数占10%）调和得到辛烷值为87的乙醇汽油；E15则适用于2001年以后生产的车辆。从2000—2011年美国燃料乙醇的实际使用情况看，符合RFS2的要求。2012年美国受高温乾旱的影响，玉米价格上涨影响了美国燃料乙醇的生产，燃料乙醇产量较2011年下降4.6% 。巴西是第二大燃料乙醇生产国，以甘蔗为主要原料，约有50%的甘蔗用于生产燃料乙醇，燃料乙醇供应了其国内轻型乘用车38%的燃料需求。2011年受甘蔗减产的影响，燃料乙醇减产，总产量为1665.2万吨，占世界总产量的25%，较2010年下降了19.5% 。巴西销售燃料乙醇的方式有两种：含水乙醇和无水乙醇。含水乙醇用于纯乙醇燃料汽车，而无水乙醇则用于与汽油调和，巴西销售的汽油中均含有20%～25%的乙醇。巴西燃料乙醇产业的成功得益于其灵活燃料汽车（FFV）的推广，目前销售的汽车中90%为FFV，其燃料乙醇生产企业大多都与蔗糖生产相结合，共有350座燃料乙醇生产厂，约有80%位于巴西圣保罗州，另有20%位于巴西北部地区。其中273座工厂可同时生产糖和乙醇，单生产燃料乙醇的工厂仅有77座。近年来，德国十分重视燃料乙醇的使用，2010年德国共有13家燃料乙醇生产企业，总产能100万吨/年，2010年总产量60万吨，但消费总量达到102万吨，因此需从荷兰、比利时、法国和波兰进口燃料乙醇。预计到2020年，德国燃料乙醇的消费量将达到156万吨。德国乙醇的销售方式有3种：直接与汽油调和销售；以乙基叔丁基醚（ETBE）与汽油调后销售；以E85销售。2010年这3种方式分别销售85.9万吨、14.9万吨和1.3万吨。日本交通部门的石油对外依存度接近于100%，日本经济产业省2006年发布了“国家新能源战略”，计画到2030年将石油的对外依存度降低80%，到2020年要实现可再生燃料替代3%的汽油消费量的目标。燃料乙醇是日本国内最主要的可再生燃料种类之一，根据日本“挥髮油类质量标準”的要求，汽油中需要掺调3%的燃料乙醇，採用直接与汽油掺混或以ETBE与汽油掺混的方式使用，其燃料乙醇消费总量的97%从海外进口。目前日本国内燃料乙醇总产能约为3万吨/年，主要以粮食、甜菜为原料，也有一些纤维素乙醇示範装置。燃料乙醇生产技术进展目前，燃料乙醇的生产方法主要分为化学合成法和生物法。化学合成法包括乙烯路线和合成气路线，生物法分为生物化学法和热化学法。目前普遍研究的合成气化学法生产乙醇有2种方法。一种是甲醇羰基化，美国联碳公司利用Co(OAc)-12催化剂，甲醇与合成气反应製取乙醇，获得了较高的转化率和产品选择性；壳牌公司用甲醇和合成气在CoI2、CoBr2的催化作用下反应，甲醇转化率可达51.1%，乙醇选择性63.8% 。另一种方法是合成气在催化剂的作用下直接合成乙醇，美国联碳公司开发的Rh系催化剂、德国Hoechst公司开发的Rh-Mg系催化剂和法国IFP开发的Co-Cu-Cr-硷系催化剂，都取得了一定进展。虽然国内外已在该领域开展了大量研究工作，但在目标产物转化率和收率方面还有待进一步提高，因此该方法目前尚未得到工业套用。美国塞拉尼斯公司基于其甲醇羰基合成乙酸工艺，开发了TCX乙醇生产技术。该技术使用合成气和氢气为原料，在合成乙酸后，乙酸和氢气在铂/ 锡催化剂的作用下发生加氢反应製备乙醇，具有生产成本低、占地面积小和装置规模大（110万吨/ 年）等特点，其全生命周期水耗比传统生物燃料水耗要低。该工艺与生物质气化技术结合可低成本生产生物燃料乙醇。2012年4月，塞拉尼斯公司获準在南京建设27.5万吨/年工业乙醇项目，该公司同时计画在中国珠海、内蒙古，美国德克萨斯州和印度尼西亚建设乙醇生产装置。加拿大Enerkem公司开发了以城市垃圾为原料，经气化、合成气净化、甲醇羰基化生产乙醇的成套技术，该工艺每10吨垃圾可生产3吨乙醇。Enerkem公司在加拿大的魁北克已经建成一座130万加侖/年的工业示範装置，目前与GreenField乙醇公司合作在加拿大埃德蒙顿建设其10万加侖/年的商业生产装置，并计画在美国Pontotoc和加拿大Varennes另建2座10万加侖/年的生产装置。生物发酵制燃料乙醇分为生化法和合成气发酵2种。生化法是目前製取燃料乙醇的最主要方法，近十年以粮食和甘蔗为原料的第1代燃料乙醇产业快速发展。玉米燃料乙醇的生产过程包括预处理、脱胚製浆、液化、糖化、发酵和乙醇蒸馏步骤。早期的粮食乙醇生产工艺存在能耗高、反应速度慢和原料利用率低的缺点，经过多年的技术改进，粮食乙醇的效率已经得到很大提高。目前美国大部分乙醇企业的澱粉转化率已经达到90%～95%，生产1亿加侖燃料乙醇，需要90万吨玉米，可同时副产30万吨动物饲料和8500吨玉米油。粮食乙醇的酶製剂的成本也经历了从高到低的下降过程，酶製剂在成本中所占比例从30%～40%下降到了5%～10% 。诺维信公司（Novozymes）在2012年推出了Avantec液化酶，在相同的工艺条件下，可提高乙醇产率2.5%，每生产1亿加侖燃料乙醇可减少粮食消耗2.25万吨。以甜高粱茎秆和木薯等非粮作物为原料的1.5代燃料乙醇，主要是利用作物中的糖类物质，採用生化工艺，通过糖发酵生产燃料乙醇。目前，以纤维素和其它废弃物为原料的第2代燃料乙醇生产技术主要有生化法和热化学法。纤维素生物发酵制燃料乙醇的技术路线包括预处理、纤维素水解和单糖发酵3个关键步骤。预处理方法分为物理法、化学法、物理化学法和生物法，目的是分离纤维素、半纤维素和木质素，增加纤维素与酶的接触面积，提高酶解效率。物理方法包括机械粉碎、蒸汽爆碎、微波辐射和超音波预处理；化学法一般採用酸、硷、次氯酸钠、臭氧等试剂进行预处理，其中以NaOH和稀酸预处理研究较多；物理化学法包括蒸汽爆破和氨纤维爆破法；生物法是用白腐菌产生的酶类分解木质素。这些预处理方法各有其优缺点，今后的主要研究方向是继续探索反应条件温和、无有毒副产物和糖化效率高的预处理技术。纤维素酶成本较高的问题长期以来一直是阻碍纤维素乙醇产业发展的障碍。20世纪90年代，每加侖纤维素乙醇的酶成本约为5美元。为了降低酶费用，美国能源部为Novozymes公司和Genencor公司提供资金研究纤维素糖化酶，2012年Novozymes推出酶製剂产品Cellic CTec3，比其推出的上一代商业酶CTec2转化效率提高了50%，并且提高了温度和酸硷度的适应範围，降低了纤维素乙醇的生产成本（由2.5美元/加侖降至2美元/加侖）。Genencor公司在2011年推出最新一代的纤维素複合酶Accellerase? TRIO产品，该酶同时含有外切葡聚糖酶，在Accellerse DUET基础上，提高了处理高浓度底物的能力，酶用量可减少一半，最佳工作条件为pH值4.0～6.0，温度40～57℃，可用于SSCF发酵工艺。丹麦DSM公司也推出了商业套用的纤维素水解酶，为Inbicon纤维素乙醇生产装置提供酶产品。纤维素乙醇生产工艺主要分为4种，包括分步水解与发酵工艺（SHF）、同步糖化发酵工艺（SSF）、同步糖化共发酵（SSCF）和直接微生物转化工艺（DMC) 。其中SHF工艺是最先开发和套用最广的纤维素乙醇技术，即纤维质原料首先利用纤维素酶水解后，再进行 C5、C6糖发酵，可分别发酵，也可利用C5、C6共发酵菌株生产乙醇，该方法的缺点是随着酶水解产物的积累，会抑制水解反应完全。目前绝大多数商业装置都採用SHF工艺，如加拿大Iogen、杜邦DDCE等。同步糖化发酵工艺（SSF）是将纤维素酶解与葡萄糖乙醇发酵整合在同一个反应器内进行，酶解过程中产生的葡萄糖被微生物迅速利用，消除了糖对纤维素酶的反馈抑制作用。Abengoa Bioenergy在其330吨/年的中试装置上採用了SSF技术。同步糖化和共发酵工艺（SSCF）利用C5糖和C6糖共发酵菌株进行酶解同步发酵，提高了底物转化率，增加了乙醇产量。直接微生物转化工艺（DMC）也称为统合生物工艺（CBP），将木质纤维素的生产、酶水解和同步糖化发酵过程集合为一步进行，要求此微生物/微生物群既能产生纤维素酶，又能利用可发酵糖类生产乙醇。目前Mascoma公司在其500吨/年的中试装置上使用该技术，该公司利用酵母和细菌共同完成纤维素酶的生产和乙醇发酵过程，由于减少了酶生产单元，大大降低了生产费用，Mascoma公司和瓦莱罗公司合资建设的2000万加侖/年商业规模纤维素乙醇工厂将使用CBP技术。法国Deinove公司与Tereos合作开发出一种称作“奇球菌”的菌株，利用CBP技术，可直接将生物原料纤维素分解成单糖并转化成乙醇，生物燃料生产成本有望降低20%～30% 。合成气生物转化乙醇主要由原料气化、合成气预处理和合成气发酵单元构成。生物转化所需的合成气原料与化学转化过程相同，利用能够以CO和H2为底物生长的微生物，通过厌氧发酵将合成气转化为燃料和化学品，合成气生物转化的反应条件温和、反应副产物少、合成气原料要求低、对原料气中的硫化物耐受性强，目前已经从自然界分离出了多株适合合成气发酵的菌株。Coskata公司开发了利用合成气发酵制乙醇的技术，2009年该公司在美国宾夕法尼亚州建成4万加侖/年的工业示範装置，截至目前，该装置已经运转2年，其气化1吨生物质原料可生产0.3吨燃料乙醇。LanzaTech公司开发了利用钢厂废气（CO）发酵生产乙醇的技术，在纽西兰建立了1m3的中试装置，并与宝钢合资建成了300吨/年示範装置。英力士公司则开发了垃圾气化制合成气，合成气生物发酵生产燃料乙醇的技术，并已经在美国佛罗里达建成2.4万吨/年燃料乙醇生产装置，该装置以当地的蔬菜废弃物为原料，採用两级气化工艺製备合成气，合成气经净化、微生物发酵和精馏得到燃料乙醇产品。该装置无需使用化石燃料，不但能够生产800万加侖/年燃料乙醇，而且能够产生6MW的电能，在装置自给的情况下还能外送1～2MW电能。英力士公司目前正在英国的Seal Sands建设其15万吨/年的商业装置，该装置将副产43MW的电能，预计可外送电能24MW 。合成气发酵制燃料乙醇相比于生物化学法，原料来源广泛，既可以利用单一生物质原料，也可使用多种原料的混合物，如生物质、石油焦、城市垃圾和煤炭等原料，无需複杂的预处理单元和使用昂贵的生物酶；原料利用率高，纤维素、半纤维素和木质素都可以气化，达到了利用全部木质纤维素原料的目的。但目前生物质气化技术尚不成熟，气化效率较低，直接制约了生物质热化学技术的套用，合成气转化过程还需要继续改进提高生产稳定性，也是目前需要解决的主要问题。美国ZeaChem公司开发的乙醇生产技术是将木质纤维素水解得到葡萄糖和木糖，利用乙酸发酵菌将糖转化为乙酸，乙酸酯化得到乙酸乙酯，加氢后得到乙醇产品，氢气由酸水解得到的木质素气化生产。该技术的优点在于可以利用整个木质纤维素，提高了原料利用率，每吨乾物质的乙醇产量可达160加侖，相比于其它工艺，乙醇产率提高了50% 。该公司2012年底完成了其25万加侖/年纤维素乙醇生产装置的设备施工。此外合成生物学也是目前研究的热点，如美国LS9公司通过对微生物的基因改造，可将底物直接转化为多种化学品。除了以上燃料乙醇生产技术外，还可直接将太阳能转化为燃料乙醇。美国Joule公司开发的Liquid Solar Energy技术在微生物的作用下能够直接将阳光和CO2转化为乙醇和其它燃料产品，目标成本为1.28美元/加侖，预计2014年将实现商业套用。美国Algenol公司开发了光合制乙醇技术，利用蓝藻在封闭光生物反应器（PBRS）中的光合作用直接生产乙醇，乙醇从藻类培养液中蒸发，冷凝收集后，提纯至燃料级乙醇。该工艺不但能够产生乙醇，还能产生纯净水。目前该公司与陶氏化学合作在佛罗里达州建设10万加侖/年燃料乙醇生产装置。世界燃料乙醇产业发展现状以粮食为原料的第1代燃料乙醇由于存在成本过高、对土地和粮食安全造成威胁等问题而备受争议。乐施会（Oxfam）的研究表明，以粮食为原料的生物燃料推高了粮食价格，并大量占用土地资源，过去十年中亚洲、非洲和拉美有60%的新开发土地被用于生产生物燃料。传统生物燃料“与粮争地，与人争粮” 。欧盟为了减少因使用以粮食为原料的生物燃料对社会和环境带来的负面影响，2012年10月公布了新生物燃料法令限制使用粮食生产生物燃料，到2020年，以粮食为原料的生物燃料的使用比例不得超过5% 。目前第1代生物燃料占欧盟交通运输领域能源消耗总量的4.5% 。美国2011年燃料乙醇消耗的玉米达50.5亿蒲式耳（1.28亿吨），相当于美国当年玉米总产量的40%左右，占全球玉米产量的25% 。2011年美国国会取消了持续多年的乙醇调和税收减免政策（减免45美分/加侖）和进口关税（54 美分/ 加侖）。2012年夏天，美国发生了56年来最严重的乾旱，玉米产量下降了20%，降至2010年来最低水平，导致玉米价格上涨48% 。由于美国的玉米乙醇产量下降，巴西乙醇32年来首次直接进入美国市场。巴西2010/2011和2011/2012榨季也曾面临因蔗糖产量下降而导致的燃料乙醇产量下降，并且在2011年将乙醇汽油中乙醇的调和比例从25%降低至20% 。由于粮食乙醇存在“与粮争地，与人争粮”问题，因此世界许多国家和地区均加快了非粮燃料乙醇的产业发展步伐。欧洲目前正鼓励新能源企业利用垃圾、麦秆和藻类等非粮食原料开发新一代生物燃料，而不改变其2009年制定的到2020年境内交通运输领域能耗的10%为可再生能源的目标。新法令规定只有以非粮原料製备的第2代生物燃料才可能在未来获得补贴。2011年8月，美国政府推出了一项总额为5.1亿美元的补贴计画，由农业部、能源部和海军共同投资推动美国第2代生物燃料的生产开发进程。2012年8月美国政府宣布，对纤维素燃料产品提供每加侖1.01美元，对生物柴油每加侖1美元的联邦税收减免。对于纤维素燃料的减免政策还将延伸至利用藻类、蓝细菌或浮萍（多种浮萍）炼製的燃料。而巴西目前正在开发蔗渣制燃料乙醇和新一代的含糖木薯制燃料乙醇技术。中国燃料乙醇产业发展现状“十一五”期间，中国燃料乙醇产业在《可再生能源法》的推动下发展较快，燃料乙醇使用量从2005年的102万吨增加到2010年的180万吨。根据《可再生能源发展“十二五”规划》，到2015年生物燃料乙醇利用量要达到400万吨。2012年前中国共有5家燃料乙醇企业，除广西木薯制乙醇外，其它4家均採用粮食为生产原料。2012年国家批覆了山东龙力5.15万吨/年纤维素燃料乙醇项目和中兴能源10万吨/年甜高粱茎秆燃料乙醇项目。在技术研发方面，启动了“十二五”国家科技支撑计画项目——非粮燃料乙醇关键技术开发与示範课题，并在进行国家科技支撑计画项目“生物液体燃料科技工程”中“千吨级生物质气化合成液体燃料关键技术与示範”的研究工作；北京化工大学通过基因重组技术研发出一种新型重组酿酒酵母，可利用CBP工艺生产纤维素乙醇；中科院过程工程研究所进行了葛根、红薯直接固态发酵生产燃料乙醇技术的研究；中科院山西煤炭化学研究所在“合成气制低碳混合醇新型催化剂及配套工艺技术”研究方面都取得了较好的效果。很多企业，如河南天冠企业集团有限公司、中粮生化能源（肇东）和山东龙力生物科技股份有限公司等企业都积极开展纤维素乙醇的工业示範；纽西兰Lanzatech公司与宝钢集团有限公司合资建设上海宝钢朗泽新能源有限公司，并建成了300吨/年的合成气发酵制乙醇中试装置。中国首钢集团、台湾“中钢”公司和李长荣化学工业股份有限公司也将与Lanzatech合作建立中试装置。中国在建和计画建设的非粮燃料乙醇项目也很多：中国石油吉林燃料乙醇公司、华立集团计画联合在浙江省舟山市建设以进口木薯乾为原料的30万吨/年燃料乙醇项目；中国石油吉林燃料乙醇公司引进芬兰科伯利公司的技术，拟建设玉米秸秆制乙醇工业化项目；中国石化拟与中粮集团及诺维信公司（Novozymes）于近期开始在中国合作建设12万吨/年纤维素乙醇项目，项目正在审批中。美国杜邦公司和大唐新能源有限公司也有意向在吉林建设第2代生物燃料乙醇项目。同时，多个葛根制乙醇项目也在计画中。安全措施主要危害本品为中枢神经系统抑制剂。首先引起兴奋，随后抑制。乙醇易燃，具刺激性。其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂接触发生化学反应或引起燃烧。在火场中，受热的容器有爆炸危险。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。急性中毒：急性中毒多发生于口服。一般可分为兴奋、催眠、麻醉、窒息四阶段。患者进入第三或第四阶段，出现意识丧失、瞳孔扩大、呼吸不规律、休克、心力循环衰竭及呼吸停止。慢性影响：在生产中长期接触高浓度本品可引起鼻、眼、黏膜刺激症状，以及头痛、头晕、疲乏、易激动、震颤、噁心等。长期酗酒可引起多发性神经病、慢性胃炎、脂肪肝、肝硬化、心肌损害、器质性精神病等。皮肤长期接触可引起乾燥、脱屑、皲裂和皮炎。乙醇具有成瘾性及致癌性。但乙醇并不是直接导致癌症的物质，而是致癌物质普遍溶于乙醇。在中国传统医药观点上，乙醇有促进人体吸收药物的功能，并能促进血液循环，治疗虚冷症状。药酒便是依照此原理製备出来的。危害防治皮肤接触：脱去污染的衣着，用肥皂水和清水彻底沖洗皮肤。眼睛接触：提起眼睑，用流动清水或生理盐水沖洗。就医。吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。食入：饮足量温水，催吐。就医。工程控制：密闭操作，加强通风。呼吸系统防护：一般不需要特殊防护，高浓度接触时可佩带过滤式防毒面具（半面罩）。眼睛防护：戴化学安全防护眼镜。身体防护：穿胶布防毒衣。手防护：戴橡胶手套。其他防护：工作完毕，淋浴更衣。保持良好的卫生习惯。泄漏：迅速撤离泄漏污染区人员至安全区，并进行隔离，严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿消防防护服。儘可能切断泄漏源，防止进入下水道、排洪沟等限制性空间。小量泄漏：用砂土或其它不燃材料吸附或吸收。也可用大量水沖洗，洗水稀释后放入废水系统。大量泄漏：构筑围堤或挖坑收容；用泡沫覆盖，降低蒸气灾害。用防爆泵转移至槽车或专用收集器内，回收或运至废物处理场所处置。灭火方法：抗溶性泡沫、乾粉、二氧化碳、砂土。灭火注意事项：儘可能将容器从火场移至空旷处。喷水保持容器冷却，直至灭火结束。实验室使用及灭火