生物燃料乙醇及其配制的车用乙醇汽油具有优化能源结构、减少温室气体排放和尾气污染、促进农业生产和增加居民就业等一系列重要作用，近年来已在全球40多个国家得到了应用。2017年9月，国家发改委、国家能源局、财政部等十五部门联合下发了《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》，提出了到2020年在全国范围内推广使用车用乙醇汽油，基本实现全覆盖的宏大目标。同时，为保证充足的原料供应、解决秸秆焚烧污染问题、提高先进生物液体燃料技术水平，上述方案还提出了到2020年实现纤维素燃料乙醇5万吨级装置示范运行，到2025年力争实现纤维素乙醇规模化生产的明确要求。以上这些政策和目标使得国内各界人士对纤维素乙醇技术的关注再次兴起。然而，当前的纤维素乙醇发展尚存瓶颈，一些方面亟须大力突破。

五项因素制约行业发展
   
       目前纤维素乙醇生产技术主要存在五大困难：
  　  1.原料收集成本高限制推广
       由于秸秆类原料是分散式、季节性生成的，而中国农业机械化、集约化经营程度不够，加之秸秆比容低、易霉变等因素的影响，秸秆的收集、运输和储存非常困难。大规模收购的秸秆到厂价通常要在300~500元/吨。若实际转化得率不高（如每5~8吨秸秆产1吨乙醇），原料成本就会成为限制纤维素乙醇推广应用的首要因素。
　    2.木质素难去除遭遇两难
       秸秆等原料只有经过强烈的物理化学预处理（高温、酸碱、溶剂等）后，才能被微生物的纤维素酶高效降解产糖。预处理过程既消耗大量能源和化学品，又会破坏生物质产生乙酸、糠醛、芳香族化合物等发酵抑制物，影响后续发酵过程。若不去除原料中的木质素，则会妨碍纤维素酶解，增加用酶成本，而将木质素溶解掉则可能造成难以治理的环境污染。
  　 3.用酶成本居高不下
      由于秸秆类生物质的化学组成和结构非常复杂，微生物的高效纤维素降解酶系通常要包括各种各样的纤维素酶、半纤维素酶、裂解性多糖单加氧酶、膨胀因子等数十种蛋白质，不仅用酶量大，对酶系的组成也有很高要求，使得酶解产糖成本居高不下。尽管国际先进酶制剂公司开发出一代又一代新型高效酶制剂，但至今纤维素乙醇的用酶成本仍占乙醇生产成本的20%以上。
  　 4.总糖乙醇转化率低
      秸秆水解糖液中除葡萄糖外，还含有大量木糖、阿拉伯糖、可溶性低聚寡糖等，普通的酿酒酵母不能发酵这些糖类，致使总糖的乙醇转化率很低。此外，预处理过程中产生的发酵抑制物严重影响普通酵母的生长，需要进一步筛选抗逆的代谢工程菌株和创新酶解发酵工艺。
  　 5.工厂经济性难以保障
       秸秆类生物质含有纤维素、半纤维素和木质素三类主要成分，需要把它们全部利用起来，理论上纤维素乙醇工厂的经济才可行。国外的通常办法是利用代谢工程改造的发酵菌株把纤维素和半纤维素水解产生的糖类全部转化成乙醇，而将含木质素的酶解残渣用作燃料产热发电，这不仅可以满足整个工艺过程的用汽用电，还可以向电网输出部分电力。但是固体燃料的价值不高，这种做法对于改进工艺的经济状况贡献有限。
　   此外，一些诸如如何克服秸秆类柔性低密度固性物料的输送易造成的管道堵塞和设备磨损问题，如何加大高吸水性物料的浓度来减少水资源和蒸馏能源消耗等工程放大的问题，也需要过程工程方面的创新。

集成开发成套技术是关键
   
　   2017年，十五部委联合发布了国家纤维素乙醇的产业化目标，各地反应强烈，规划了大量示范项目。集成开发出具有中国自主知识产权的国内成套技术是中国纤维素乙醇产业健康发展的关键所在。初步考察表明，国内很多相关技术都还不太成熟，且分散在不同的研发机构，短时间内难以集成，如仓促投资建厂，可能造成巨大的经济损失。
  　 笔者认为，近期亟须组织联合攻关的问题包括：
  　 1．在秸秆类原料丰富的粮食主产区，依靠农机部门开发出先进的机械化秸秆收获、运集、打包装备，依靠地方政府建立起完善的秸秆收、运、贮体系，保证原料廉价、稳定、优质、及时的供应。
  　 2．开发出新型秸秆三大组分低耗、无害、高效分离技术和将三类主要组分全部充分利用起来的集成生物精炼技术。过去的预处理技术开发往往只注重后续纤维素转化率的提高，而今后应更多地关注各组分的综合利用。山东大学和山东龙力公司等合作开发出的玉米芯生物精炼技术通过把半纤维素和木质素分步分离提取，并分别加工成低聚木糖、木糖醇和较纯的木质素产品等相对高值的产品，使分离后的纤维素残渣很容易被发酵成乙醇。三种产品共同分担原料和加工成本，获得了良好的经济效益。美国目前唯一还在坚持纤维素乙醇试生产的POET-DSM先进燃料公司，将纤维素乙醇生产线与玉米乙醇企业联建，通过同时收集两类原料、分享部分公用设施和营销系统、用木素残渣同时为两套生产装置供应热电等方式，减少了纤维素乙醇的资本投入和运营成本。
  　 3．鉴于纤维素降解用酶量太大，把纤维素酶生产整合进乙醇生产过程中，利用企业内的预处理生物质配制廉价的产酶培养基，除去酶制剂生产中的很多加工纯化过程和浓缩、运输费用，才有可能把用酶成本从占总成本的约25%降低到10%左右。就地产酶需要科研人员自己开发出能产生针对特定原料和特定预处理工艺的高效专用酶系的高产纤维素酶菌株，以及能高效产酶和酶解高浓度底物产糖的酶解发酵工艺。
  　 上述技术整合涉及的学科众多，每个研发团队都只能在某一特定技术领域取得部分突破。因此，纤维素乙醇生产技术的真正产业化，需要不同行业的企业家、投资者和不同学科领域的学者、工程师乃至技术工人的通力合作，打破各单位间的技术壁垒，组建成实质性的技术创新联盟。
  　 仅从经济效益来看，作为石油和粮食乙醇替代品的纤维素乙醇，目前经济竞争力较弱。事实上，实现阻止气候变化、减少环境污染、促进农村发展、增加就业等社会发展目标才是纤维素乙醇产业发展的主要动力。可再生资源的绿色循环利用是国家和社会长期发展的目标。扶植这类社会公益性新兴产业的发展，需要政府长期和稳定的政策支持。美国和巴西等国家依靠立法引导和财税补贴等手段，确立了他们在燃料乙醇行业中的领先地位。相信中国也一定能在中共十九大确立的五位一体总体布局和五大发展理念的指引下，制定出符合中国国情和市场规律的政策方针，利用中国特色社会主义集中力量干大事的制度优势，将纤维素乙醇产业逐步拓展成为利用可再生性非粮资源进行绿色生物制造的大型生物炼制产业，实现十五部门文件所提的纤维素乙醇发展目标，引领世界潮流，为实现可持续发展做出中国特有的贡献。