1. 研究目的与意义
随着世界无节制地巨量消耗化石能源, 导致产生了威胁人类生存的问题。如已经形成共识的是,大规模以传统方式开发利用化石能源导致一系列严重的环境问题, 诸如气候变化、环境污染及生态破坏等, 直接威胁着人类社会经济的可持续发展。人们在受到严酷惩罚之后逐步觉醒和清醒, 化石能源在给人类带来无可比拟的物质财富和社会进步的同时, 也给经济发展、社会进步、生态环境带来严重的负面效应和沉重负担, 给人类敲响了警钟。目前, 全球每年的能源消耗总量超过150亿,t 其中90% 左右为化石能源。然而, 这种不可再生的能源储量有限, 无法可持续利用。按照目前的能源消耗水平, 到21世纪中叶, 全球主要化石能源将消耗殆尽。据《世界能源统计》 ( 2008年)的预测, 按照已探明的储量, 煤炭、石油和天然气等能源仅能分别满足全球130年、40年和60年的消费需求。尤其是在20世纪70年代世界爆发石油危机之后, 人类开始反思和纠正自身不科学利用能源的行为, 并开始探索、开发自然界的第四大能源可再生能源。
正是在这种背景下, 正向人类走来的低碳经济时代 呼唤发展新能源, 逐步摆脱已历经百年的化石能源。为迎接绿色能源时代, 开展包括生物质能源在内的新能源研究, 占领新能源科学技术的制高点, 对转变全国能源消费结构、改善生态环境、增强国家综合竞争力、提高民众生活质量等, 都极具迫切性、必要性和深远战略意义。
2. 国内外研究现状分析
1.世界各国的开发现状。美国农业现代化程度很高，农产品的产量尤其是玉米的年产量居世界的首位。美国大部分的玉米都用于工业转化。美国生产乙醇的主要原料是玉米淀粉，主要使用的乙醇汽油是E85，由85%的乙醇和15%的汽油混合而成。而巴西本国的甘蔗产量相当可观。巴西生产乙醇的主要原料是甘蔗，汽油中乙醇含量为20%-25%。巴西政府大力发展燃料乙醇行动计划源于1975年，一是出于国家能源安全和经济发展考虑，二是为了促进国内农业种植业的发展和保护农民利益，三是为本国发展绿色可再生能源创出新路和保护环境。法国则将各种谷物及甜菜作为原料来应用于燃料乙醇的生产开发。东南亚的泰国主要将木薯投入到乙醇的发酵生产中去。世界上其他国家和地区也纷纷针对本国实际，因地制宜地发展各自的燃料乙醇事业。
2.我国的开发历程，由粮到非粮的转变。我国燃料乙醇的发展经历了从第一代到第二代的过程。第一代燃料乙醇的原料为粮食。吉林、黑龙江、河南、安徽都建设有以玉米为原料的燃料乙醇项目。但从去年开始，随着燃料乙醇的发展，其主要原料玉米的价格上升趋势明显，以玉米为主的粮食乙醇存在与人争粮问题开始凸显出来。国家发改委2006年12月下文限制玉米加工项目上马，并紧急叫停粮食燃料乙醇，燃料乙醇必须寻找玉米以外的生物质资源来生产。为避免燃料乙醇与人争粮问题的进一步发展，我国科技工作者努力寻求各种非粮材料以替代玉米、小麦等。所以第二代生产燃料乙醇的基础原料是非粮材料，包括薯类物质、稻草和其他植物纤维材料等。发展燃料乙醇的重点在于推进非粮原料的应用，以推进第二代生物燃料乙醇的产业化发展。在经历了一年半的沉寂后，中国燃料乙醇项目再度提速，发展方向正式由粮食转变为非粮，首批产业化的项目是薯类燃料乙醇。2008年4月初，国家发改委发布消息，委托中国国际工程咨询公司对重点省份生物燃料乙醇专项规划评估已完成，截至目前，对湖北、河北、江苏、江西、重庆五省市已提交了专题报告。评估结论认为，利用薯类（主要是甘薯）作为燃料乙醇生产原料，薯类燃料乙醇的生产略具经济性，建议在上述5省（市）优先推进生物燃料乙醇产业发展，薯类燃料乙醇很快将进入大规模产业化阶段。目前，我国常年种植甘薯面积约550万hm2，占世界种植总面积的65%，已成为世界上甘薯种植面积最大的国家。全国除青藏高原外，各地均有种植，尤以长江流域、黄淮平原、东南沿海各省山丘地带较为集中。我国甘薯资源总量巨大，而现在其利用率极低，相当数量的甘薯都烂在地窖里。为更进一步推进非粮原料生产燃料乙醇产业化发展；同时也为更好的促进对我国甘薯价值的开发利用，增加农民收入，推进农业的进步，将甘薯作为我国生产燃料乙醇的主要非粮原材料，不失为一项明智的选择。
3. 研究的基本内容与计划
1、以碳酸钠/亚硫酸钠对稻草秸秆进行预处理，研究不同预预处理条件（碳酸钠/亚硫酸钠用量、温度、预处理时间等）对稻草得率及其主要化学成分（木质素、高聚糖、有机溶剂提取物和灰分）含量的影响。
2、以不同的酶用量处理亚硫酸钠预处理后的原料，测定酶水解后各还原糖的含量并计算转化率，评价预处理对稻草酶解糖化的影响。
3、在上述研究的基础上提出合适的预处理工艺，为利用农业秸秆生产纤维素乙醇提供新的预处理技术。
4. 研究创新点
研究了不同用碱量、不同配比的Na2CO3/Na2SO3预处理对稻草化学成分及酶解糖化效率的影响。Na2CO3/Na2SO3蒸煮是一种已经得到证实的预处理方法，可以将纤维素有效水解成葡萄糖，然后转化成乙醇。由于可以减少投资和运营成本，所以Na2CO3/Na2SO3预处理具有很好的发展前景，Na2CO3/Na2SO3预处理比较温和，可以显著脱出稻草中的木质素而保留绝大部分糖，并且可以增加稻草原料的比表面积，增加稻草与酶的结合。温度越高，用碱量越大Na2CO3/Na2SO3预处理稻草的木质素脱除率越大，预处理后的稻草越容易酶解，但温度和用碱量过大又会使碳水化合物大量降解，导致最终酶解总糖转化率不高。对预处理后的稻草用纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶水解，纤维素酶用量从10FPU/g增加到30FPU/g，酶解总糖转化率显著增大。在Na2CO3/Na2SO3用量为16%、温度140C、液料比1：6、酶用量为30FPU/g时，酶解总糖转化率为最大，达到。
