生物燃料: 生产乙醇从纤维素材料

美国正在寻求摆脱对化石燃料，尤其是石油用的汽油。全球气候变化、 依赖国外，以及世界各地增加政治不稳定是只有几个理由。一个可能的方式来减少对石油的依赖，作为运输燃料是利用更多的乙醇。目前，普通汽油含有大约 10%的乙醇作为一种添加剂。特别的灵活燃料汽车可以使用 E85 汽油，是 85%的乙醇。¹

在巴西，乙醇是由以甘蔗为原料。甘蔗的主要产品是蔗糖，是一种二糖的葡萄糖和果糖。大多数种类的酵母酶蔗糖酶和能够劈开葡萄糖-果糖债券。蔗糖 (C₁₂H₂₂O₁₁) 是通过酵母菌发酵，产生乙醇和二氧化碳。总体化学反应方程 1所示。^2，3

然而，在美国，乙醇是由玉米。玉米储存碳水化合物作为称为淀粉多糖。这就需要更大的努力使从甘蔗中的提炼乙醇，因为酵母不能劈开债券在淀粉。要从玉米生产乙醇，第一个玉米粒需要被磨碎，然后用酶将玉米中的淀粉转化为葡萄糖处理地面玉米。在这一步之后, 继续该过程在上述甘蔗方法通过使用酵母发酵葡萄糖成乙醇和二氧化碳。化学反应方程 2所示。²

从玉米中提炼乙醇的生产是有问题的然而。一方面，它需要一些玉米进入食品供应，尤其是喂养牲畜，从而推高了价格。它也是能源和化肥的集约化生产玉米，降低其可取性作为一种运输燃料替代石油。因此，科学家们正越来越多地转向纤维素原料生产乙醇。这些材料包括木材、 草、 和植物的非食用部分。这些都是更可取的因为他们不会影响粮食供应。然而，为了释放葡萄糖从纤维素材料，更多的努力被需要，因为从纤维素材料葡萄糖被绑定在纤维素，然后包裹着半纤维素和木质素。首先纤维素需要提取的半纤维素和木质素绑定。这通过磨预处理和酸水解。然后，纤维素被处理将它分解成其成分葡萄糖的酶。最后，能发酵葡萄糖，用酵母产生乙醇和水。过程可以总结方程 3中所示。

这也是目前能源密集型做到大规模乙醇生产的实用方法。然而，正在研究使过程更好。^2，3

%的乙醇溶液中将使用与用乙醇传感器 (图 2) 的品牌相关的软件掌上平板屏幕上显示。

代表结果的各种原料 %乙醇可以见表 1。

表 1。百分比的乙醇生产的各种原料的代表结果。

能源独立与安全法案 》 2007年设置入法可再生燃料标准。它创造了分阶段的可再生燃料卷从 2008 年开始在 90 亿加仑，2022 年月底 360 亿加仑。那个 360 亿，预计 160 亿，将来自纤维素材料。2014 年，原来的建议是为 181 亿 5000 万加仑的可再生燃料，17 亿 5000 万的那来自纤维素材料。不幸的是，基于的是可行的目前生产的纤维素乙醇量，这一数字不得不减少到最近的美国环保署建议 1700 万加仑。¹提高创建乙醇从纤维素材料的过程是研究的目前一个非常热门领域。在这个实验中，学生将效仿跟上顶尖的研究实验室的科学家的科学实践。

各种生物质原料材料可以用于生产纤维素乙醇的运输。美国能源部生物能源技术办公室侧重于开发纤维素原料从非食品根据的植物材料，将允许此生物质经济上可行转为运输燃料的相关的技术。他们正在调查从农业残留物、 草本能源作物和林木材料浪费材料和藻类生物质来源。在这个实验室活动中，学生可以改变的原料它们使用和比较结果的乙醇的量。可能性包括玉米秸秆、 草、 树叶、 纸板、 纸、 鲜花、 报纸等。

大规模生产纤维素乙醇的一个障碍是昂贵性质 （既在金钱和能源） 的预处理工艺。很多研究是目前正就降低这些成本，以及方便的纤维素材料击穿。酶公司花费大量的时间和钱去研发新的酶提高乙醇的产量。在这个实验室活动中，学生可以不同的酶，它们使用和比较结果的乙醇的量。可以从卖给学校，如从黑曲霉纤维素酶或从木霉 virde 纤维素的化学公司购买各种纤维素酶。或专有酶可以从专业酶公司购买，然而这些都是昂贵。可以像淀粉酶，使用其他酶的活性来比较他们的生产从纤维素材料的纤维素乙醇的能力。

另一个新兴的研究领域提高酵母将纤维素生物质转化为乙醇的能力。木质纤维素厂提供稳定性发生了变化。这是由于交联纤维素和半纤维素和木质素的酯联系之间。有必要将纤维素与木质素分开，然后把纤维素分解成单糖。此外，半纤维素有高比例的戊糖木糖，像是更难比己糖像葡萄糖发酵。⁴