摘要
生物乙醇是重要的可再生能源，作为车用液体燃料可以发挥风能及太阳能等可再生能源难以替代的作用。以木薯等作物生产乙醇存在着与人争粮、争地等发展困境，而以资源丰富的木薯秸秆等纤维素原料生产乙醇却受到生产成本高、产品竞争力低、及影响环境等因素制约，亟待开发低碳、清洁的纤维素乙醇生产技术。因此，本研究首次提出了包括木薯和木薯秸秆的全株木薯生物乙醇集成生产技术，并采用生命周期评价方法评估其能量效益、环境影响及发展潜力。 分别设置不同的木薯乙醇、木薯秸秆乙醇及全株木薯乙醇的生产情景，采用AspenPlus和GaBi完成了过程模拟及生命周期评价，初步确定了木薯及木薯秸秆生物乙醇生产技术的创新方向。通过比较不同原料的乙醇生产方案发现，与单一的木薯或木薯秸秆原料生产乙醇相比，全株木薯乙醇集成生产技术可实现木薯秸秆原料的低碳、清洁利用，有效地降低生产单位乙醇产品所需的原料种植占地、木薯原料投入及种植阶段的能耗，明显改善乙醇可再生性并减少温室气体排放。生产1000L全株木薯乙醇所需的原料种植占地为0.29~0.31hm2，不可再生输入能Einf=7832~10217MJ，总净输入能Ein=14264~15002MJ，净能量产率NER=1.41~1.49，可再生性Rn=2.07~2.71，全球变暖潜力GWP=1325~1642kgCO2eq.。 优化了全株木薯乙醇集成生产技术，并从原料选择、生产工艺和产品配置三个角度分析与筛选了生物乙醇生产及利用方案。研究发现，以纤维C5糖发酵制备沼气为特征的WPC-I是较合适的全株木薯乙醇生产方案，减排效果显著，可再生性较高，全球变暖潜力GWP和能量产率NER受发酵效率变化的影响较低，分别为1553~1569kgCO2eq.和1.35~1.45，较高的秸秆利用率有助于提高可再生性及减少环境排放。采用WPC-I方案生产乙醇并制备车用乙醇汽油E85是较合适的生物乙醇利用方案，该E85产品的净不可再生输入能Einf=13202MJ，可再生性Rn=1.722，全球变暖潜力GWP=79.01gCO2eq./MJ，与标准汽油相比，可减少GWP约22%，且其可再生性和净能量产率优于木薯乙醇制备的车用乙醇汽油E85。 本研究为木薯秸秆等废弃纤维素原料的低碳、清洁利用提供了一种新思路，可为生物乙醇生产技术的进一步创新与突破提供指导，也可为国家制定相关生物乙醇产业发展政策提供科学依据。
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