米乐m6官方网站 (AIST) 生物质技术研究中心（所长：坂西金哉）（所长：吉川博之）已在 AIST 中国（广岛吴市）建造了一座用于制造乙醇燃料的实验工厂，并已开始根据“木质生物质乙醇燃料制造中小型工厂的开发和验证”对制造工艺进行验证，该工厂是产学官合作项目之一，即“AIST工业转型研究计划”（工业转型计划）。

我们开发并建立了基于AIST开发的生物质原料预处理技术的台式工厂（一次处理200公斤木材），用于制造不含硫酸且环境负荷小的乙醇燃料。我们确认了利用原材料生产乙醇燃料的能力。我们计划全面运营，验证利用不会与粮食作物竞争的各种纤维素生物质（针叶树、阔叶木和秸秆；简称木质生物质）制造乙醇燃料的技术。

我们打算根据该工厂获得的验证数据来评估经济效益并进行生命周期评估，并通过改进整体流程和优化大型工厂的设计和开发来制定实现可持续社会的工厂商业化方案。

该项目从2007年12月到2011年3月，历时约三年半。

此外，新能源产业技术综合开发机构支持的研究成果已用于该台式工厂的一部分。

图。 1​无硫酸生物乙醇生产厂

由于近期亚洲经济增长、原油供应不稳定以及全球变暖等因素导致石油需求不断上升，全球范围内对生物燃料这种可替代部分原油需求的可再生能源的期望不断提高

日本《京都议定书目标实现计划》中规定了引入生物燃料的目标值，是控制全球变暖的措施之一。日本的《生物质日本战略》和《新国家能源战略》均指出从长远角度引入生物燃料战略的必要性。此外，随着亚洲各国开发和引进生物燃料，确保生物资源将成为未来能源政策的重要问题。

减少二氧化碳的有效性₂生命周期评估（LCA）清楚地表明，通过用生物乙醇（生物燃料的一种）替代汽油。然而，巴西和美国用甘蔗、玉米等生产乙醇的速度迅速增加，食品和饲料价格上涨，引发社会问题。利用木材和稻草等纤维素资源生产生物乙醇，不与粮食作物竞争，作为一种可行的解决方案引起了人们的关注。

浓硫酸法、稀硫酸两步糖化法、稀硫酸与酶糖化法作为将纤维素资源转化为乙醇燃料的技术已得到证实。然而，由于这些方法使用硫酸，因此降低废物管理成本和减少环境负荷是必不可少的，并且在降低成本和提高能量转换效率方面存在限制。因此，开发和验证使用纤维素生物质生产乙醇而不使用硫酸的工厂技术非常重要。

作为回应，AIST 根据工业转型计划，开发了一种使用纤维素生物质而不使用硫酸进行中小型规模生产乙醇燃料的技术。

为了验证 AIST 生物质技术研究中心开发的原始技术，我们建造了一个中小型规模（一次加工 200 公斤木材）不使用硫酸制造乙醇燃料的台式工厂。

在这个实验工厂中，我们试图确认使用基于原始技术的低成本、高效和低环境负荷的工艺来制造乙醇燃料，并且不存在乙醇产量和硫酸问题现场通过优化无硫酸的节能型预处理技术和糖化发酵的基本技术来生产酶等。

我们将水热工艺与湿式机械化学工艺相结合，作为一种节能的预处理技术。在该预处理中，通过在纳米水平上改变纤维素等生物质成分的结构，改善与纤维素糖化酶（纤维素酶）的接触，酶促糖化率显着提高。

酶法糖化工艺的性价比极大地影响整个工艺的经济效益，为了提高酶法糖化工艺的性价比，利用植物中的丝状真菌生产糖化酶。使用的丝状真菌是高产纤维素酶的真菌，例如解纤维素顶孢霉由 AIST 分离培育。

因此，我们将日本的最佳技术与我们的原创技术相结合，并在这个台式工厂中以每批200公斤生物质原料的规模执行从原料碎片的接收到脱水乙醇的制造的所有过程。

该工厂由五类工艺组成：粗粉碎工艺、水热工艺、细粉碎工艺、糖化发酵工艺、蒸馏脱水工艺。

- 粗粉碎过程

粗磨机

湿式切割机

湿式切割机加工的材料

以木屑和秸秆为原料，用粗粉碎机粉碎至3毫米左右。然后使用湿式切割机将它们粉碎至08毫米或更小。

- 水热工艺

水热处理装置

经过湿式切割研磨工艺后，原材料在水热处理装置中受到热量和压力，从而软化木材。在该工厂中，反应在 150 至 180°C 和约 05 MPa 的条件下发生。

- 精细粉碎过程

湿式盘磨机

用湿式盘磨机加工的材料

水热处理后，用湿式盘磨机将原料粉碎得更细。原料纤维在此过程中变得解开，并且易于被酶水解。经过此处理后的原料类似于糊状物，仅含有约5%的干固体。对于糖化和发酵过程来说浓度太低。然后，使用离心干燥机将它们脱水至约 20% 的干固体。脱水后的加工材料变得像粘土一样。

- 糖化和发酵过程

主糖化发酵罐

在2000L糖化发酵主罐的附件中设置了产生纤维素酶以水解纤维素的丝状真菌培养罐和发酵乙醇的酵母培养罐。

细粉碎并脱水的原料在主糖化发酵罐中与丝状真菌培养液混合，并被真菌产生的纤维素酶和半纤维素酶水解。然后将酵母培养液加入到水解液中，产生乙醇。

- 蒸馏和脱水过程

第一台蒸馏装置

二次蒸馏装置及膜脱水装置

将发酵液直接移至第一蒸馏装置并进行蒸馏。通过二次蒸馏装置和膜脱水装置生产995%以上浓度的生物乙醇。

我们研究了蒸馏残渣中含有的木质素作为化工产品原料和炭黑替代品的用途（AIST 新闻稿，2009 年 2 月 9 日).

在设计该工厂时，特别评估了预处理技术选择的经济效益。图2显示了作为先行技术的浓硫酸法、稀硫酸和糖化法以及作为非硫酸法的细粉碎（使用球磨机或湿式盘磨机）和糖化法所需的能量。

图。 2 每种预处理技术所需的能量 （不包括热回收和能源剩余的能源利用。）

图2中，浓硫酸法是现有技术的两种硫酸法之一，酸回收所需的能量占总能量的三分之二。稀硫酸和糖化法没有总结酸回收，所需能量约为浓硫酸法的一半，因为处理后的稀硫酸用石灰中和成石膏，废弃。

另一方面，与硫酸法相比，两种非硫酸法中预处理所需的能量极高。特别是，预处理所需的能量约为球磨机的80%。我们为该工厂采用了湿式盘磨机，因为使用湿式盘磨机代替球磨机可以大大降低所需的能量。

使用湿式盘磨机的预处理技术所需的能量几乎与稀硫酸和糖化法相同，并且由于不使用硫酸，因此不会耗尽石膏。此外，酶的现场生产还提高了系统的经济效益。

我们设计了通过与专门参与工厂系统和运营的私营公司密切合作将该工厂推向市场的方案。同时，通过与外部机构的合作，对基础技术等进行了评估，目标是在2011年度之后实现工厂的实用化。我们的目标是为创建以纤维素生物质为原料的具有海外发展潜力的可再生能源产业做出贡献。

图。 3​每个财政年度的研究进展

使用各种类型的纤维素生物质作为原材料以确保稳定和充足的供应非常重要，因为可以获得纤维素原材料的地区有限，而且它们往往在某些季节生产，例如日本的稻草。

我们计划开发制造工厂的流程，例如将工厂的一部分运送到原材料来源并在当地制造乙醇燃料，并在本次验证测试中灵活管理生物质原材料的种类和积累。

此外，我们将与林业和林产研究所合作建立一个利用和原材料提供的模型，通过评估经济效益和进行生命周期评估，尝试降低从制造乙醇到消费乙醇的各种成本，制造高质量、高效的乙醇燃料，并评估燃料性能。通过这些活动，我们的目标是创建一个基于纤维素生物质的可再生能源产业。