玉米生質酒精

組長 -- 林亞叡

組員 -- 紀凱鈞 李哲維 王昱翔 徐宏徳 蔡以利 李浩瑜 王冠堯

前言 生質酒精是指生物物質所製成的酒精，可替化石燃料對二氧化碳排放的影響，與增加了能源的多樣性，以解決未來能源危機。

生質酒精來源 第一類 : 糖質原料 富含簡單的醣類 EX- 甘蔗，甜高梁等

第二類 : 澱粉質原料 EX- 小麥、玉米、木薯、甘藷等

第三類 : 纖維質原料 農業廢棄物 EX- 玉米桿、稻桿等

製程目標概述 以玉米桿為原料 因使用農業廢棄物可以減少污染，使其廢棄

物回收再利用之價值，且不與人類爭食物。

以轉換效率高且製程技術較為成熟的方式進行生質酒精製程。

步驟一：前處理 步驟二：稀酸水解

步驟三：酵素水解步驟四：醣類共同發酵

步驟五：萃取酒精

製程之流程圖

1.前處理

原因

前處理是為了破壞纖維素的晶體結構，並曝露出纖維素，增加表面積，以利於水解的效率，並且去除玉米桿中多餘的雜質，以利於纖維素水解反應

採用的前處理方式

設備：切碎機

玉米桿以機械粉碎、研磨後，破壞纖維素部分晶體結構，增加接觸面

2. 稀酸水解半纖維素

半纖維素水解

水解

H+

N （ C5H10O5 ）（ C5H8O4 ） n+nH2O

反應過程：

半纖維素多糖低聚糖四糖單糖半纖維素 ( 水解 ) 木糖 ( 五碳糖 )

稀酸水解分解半纖維素後的製程

含醣溶液

液態萃取液 分離器 粉碎機 solid liquid

第一階段水解後之含醣溶液被導入液體萃取器，而呈現泥漿狀之流出物則導入分離器進行固液分離，分離後之液體導入液體萃取器，固體則導入粉碎機增加細度與接觸面積

稀酸水解半纖維素條件

設備為批式反應器

溶液為稀硫酸

反應條件： 混和後加熱至 50 度℃→加熱至 190 度℃、時

間為 120 分鐘

3. 酵素水解纖維素

纖維素酵素介紹及其用途 內切型纖維水解酵素 主要作用於非結晶區，將長鏈纖維素分子切斷，可分解成葡萄糖，

本身必須與外切型纖維水解酵素在協同作用下，才可有效分解結晶型纖維素。

外切型纖維水解酵素 可分解結晶型纖維素，由還原端或非還原端將纖維素以纖維雙醣為

單位予以分解，在與內切型纖維水解酵素在協同作用下，有良好分解結晶型纖維素的能力。

萄糖苷酵素 主要將纖維雙醣、纖維寡醣水解成葡萄糖。

纖維素酵素水解反應 內切型纖維水解酵素

外切型纖維水解酵素萄糖苷酵素

纖維素水解酵素條件 設備為批式反應器

三種纖維素酵素共同存在

反應條件： 溫度 45~60℃ 、時間 30~

90 分鐘

4.發酵製程

採用之方法 同步糖化發酵法（ SSF法） 先用纖維素酶水解纖維素，酶解後的糖液作為發酵碳

源。為了克服反饋抑制作用，提出在同一個反應罐中進行纖維素水解（糖化）和酒精發酵的同步糖化發酵法。這樣纖維素酶對纖維素的酶水解和發酵糖化過程在同一裝置內連續進行，水解產物葡萄糖由菌體的不斷發酵而被利用，銷除了葡萄糖因基質濃度對纖維素酶的反饋抑制作用。在製程上採用同步發酵法，簡化了設備，節省了總生產時間，提高生產效率。

SSF 製造流程

研磨 水解 酵素生產 殘渣固體 處理 處理

糖化與發 酵同時

乙醇回收

稀酸水解處理

酵素產生

糖化與酵素同時進行

乙醇回收

半纖維素之水解

半纖維素之 SSF

酵素水解處理

酵素產生

糖化與酵素同時進行

乙醇回收

纖維素之水解

纖維素之 SSF

發酵條件 碳源必須為木糖 ( 半纖維 )或葡萄糖 ( 纖維 )

特定的酵母菌珠： 五碳糖 ( 木糖 )有三種酵母菌 Candida

shehatae 、 Pichia stipitis 、和 Pachysolen tannophilus 。

特定的酵母菌珠：六碳糖 ( 葡萄糖 ) 則使用傳統釀酒酵母 S.cerevisiae 。

酵母菌發酵通常在 30~38 度之間

5. 蒸餾

採用之蒸餾方法 萃取蒸餾法 利用蒸餾法使酒精脫水必須先破除酒精 -

水共沸組成的限制，用夾帶劑改變原有酒精 - 水之相對揮發度若是夾帶劑具高沸點與水由蒸餾塔底分離出，塔頂得到無水酒精，稱為萃取蒸餾。

萃取蒸餾脫水 萃取蒸餾的夾帶劑，為沸點較高之溶劑，常

用之萃取劑為乙二醇、甘油。 本製成採用之萃取劑： 乙二醇、甘油等萃取劑在萃取蒸餾脫水塔內夾帶水至塔底，塔底之萃取劑及水再送入回收塔回收萃取劑再利用。酒精濃度大於 99.5wt%之無水酒精由萃取蒸餾脫水塔塔頂產出。

萃取蒸餾之夾帶劑解說

萃取蒸餾法酒精脫水流程圖

無水酒精