本发明涉及一种特定原料用于制备乙醇的用途。
本发明还涉及从该天然原料制备乙醇的方法。
多年来，已经进行了大量用可更再生能源代替矿物能源的研究。研 究尤其针对生产新的碳氢燃料：农业碳氢燃料或生态碳氢燃料。
生态碳氢燃料是一种用可再生的非矿物有机材料生产的碳氢燃料。
存在不同的技术生产生态碳氢燃料，特别是由来自动植物天然原料 生产油及其衍生物、醇或气态碳氢燃料。目前，正在对植物转化为醇、 特别是乙醇的技术进行大量的研究。
但是，这些碳氢燃料的开发同时在产量方面存在严重的缺陷，因为 其陷入了与食用农作物和生态系统的直接竞争。另外，与碳氢燃料的非 常巨大的消耗量相比，原料的生产能力是有限的。
因此，需要提出一种新方法来生产作为生物碳氢燃料使用的乙醇。
为此，本发明提出使用特定的纤维素材料：再循环纺棉。
纤维素是植物细胞壁的基本成分。其为地球上最丰富的聚合物。纤 维素由吡喃型葡萄糖链构成。众所周知，纤维素水解得到葡萄糖分子， 葡萄糖是易于发酵的单糖，可通过糖酵解生成乙醇。
从公开文献《Ethanol production from cotton-based waste texiles》 (JEIHANIPOUR AND TAHERZADEH MJ，BIORESSOURCES TECHNOLOGY，vol.100，no.2，2008年8月23日网络公开)得知，用纺棉 来生产乙醇。
然而，上述方法特别要使用一个化学预处理步骤，在产量方面不令 人满意，并且必须使用浓缩产品，这使得所述方法不够经济，以工业规 模实施也比较困难。
这就是为什么本发明的目的是解决现有技术的缺陷，提供一种新的 生产纯能量型生物乙醇的方法，对环境方面更加有利，并且产量也更高。
本发明特别涉及一种用纺棉生产乙醇的方法，包括以下步骤：
a)预处理纺棉：
-在需要时将纺棉粉碎，
-在挤压机中通过分离纤维来预处理被粉碎或未被粉碎的纺 棉，
b)酶水解，
c)过滤，优选标称过滤、超滤和无菌过滤，和
d)发酵。
纺棉或再循环纺棉表示一种收集到的原料(寿终正寝的服装、服装 工业的织物边角料、碎屑等)，例如碎料，含有90％以上的纤维素。
与公知的木质纤维素原料相比较，再循环纺棉可有利地提高乙醇的 产量，这是因为其纤维素含量高。本发明的特定方法还可提高产量。此 外，该方法在生态和经济方面特别有利。该方法实施简单，并可以方便 地实现工业化。
优选所述方法在发酵步骤以前包括有一个脱色步骤。
根据本发明的一个特别适合的方法包括以下步骤：
a)预处理再循环纺棉：
-粉碎纺棉，
-预处理已粉碎的纺棉，
b)酶水解，
c)超滤、纳米过滤、反向渗透、脱色和/或无菌过滤，
d)发酵，和
e)蒸馏和脱水，优选借助膜通过渗透汽化。
现在对本发明的每一个步骤进行详细描述。
预处理步骤a)的目的是能够得到纤维素，以便使其易于酶水解。
事实上，主要由纤维素构成的棉纤维为了首次用于织物中，经受过 不同的化学处理(丝光处理、拉毛处理、抗缩处理、抗皱处理和染色处 理)。一种棉纤维的化学成分为：
-纤维素：91.2％，
-水：7％，
-蜡：0.5％，
-含氮材料：0.7％，
-连接物质：0.3％，和
-灰分：0.3％。
原料的预处理可以是化学的和/或机械的。化学预处理包括水解半 纤维素。其可以是例如在热的碱性介质中水解，以便溶解半纤维素和一 部分木质素，或者是在热的弱酸性介质中的水解，以便水解半纤维素。
根据一个优选实施方式，根据本发明的原料预处理是通过在挤压机 中分离纺棉纤维来实现的。分离纤维可以将各纤维分离出来，并且可以 提高纤维素的可消化性。优选将纺棉在温度为60℃-180℃并且有一定 量水存在的挤压机中分离纤维，所述水量为所述原料质量的200％-450 ％。在挤压机中通过分离纤维预处理原料可有利地使纤维素的酶水解产 率增加3倍。还可以减少步骤b)中酶的用量。
根据一个特别合适的实施方案，预处理之前是粉碎再循环纺棉的步 骤，该步骤使得纤维素更容易接近，从而便于其水解。
粉碎原料的步骤例如可以使用一个带刀的破碎机实现。
步骤b)包括用酶水解纤维素，以便获得富葡萄糖溶液。
水解可以用由纤维素酶和β-葡糖苷酶构成的酶混合物实现。
优选水解在一个罐中进行至少24小时，温度保持在50℃-60℃， pH值为4-5.5。酶与每克纤维素之间的比为0.5-2.5。
步骤c)包括过滤酶水解纤维素后得到的溶液。
根据本发明的一个优选变型，步骤c)包括以下步骤：
-用于清除介质的过滤
-超滤，
-反向渗透，
-脱色，和/或
-无菌过滤。
在步骤b)以后，反应介质由糖汁、纤维素酶、非纤维素化合物和未 降解纤维素构成。
在过滤以前的离心步骤可以消除非纤维素化合物和未降解纤维素。
超滤用于将用于水解的酶再循环和再利用。
该超滤步骤可以显著减少乙醇的生产费用，因为用于水解纤维素的 酶的价格很高。
超滤可通过膜实现，诸如聚砜膜，分离阈值为6KDa，纤维的内径为 0.8mm，外径为1.4mm。该膜一方面可浓缩和回收酶(浓缩液)，另一方 面可浓缩和回收糖汁(滤液)。
然后将再循环的酶重新用于处理另一批纤维素生物材料。其可重复 使用直到两个循环而不明显损失活性。
反向渗透浓缩滤液，不进行蒸发。该步骤相对于常规蒸发步骤而言 节省能量。
脱色可以将纺棉的染料吸收树脂中。可以利用与芳环有亲合性的树 脂在柱中进行脱色，以便通过亲合性将纺棉的染料留在柱中。
无菌过滤防止发酵罐中的任何污染，保证发酵的最佳产量。
发酵步骤d)的目的是通过酵母糖酵解的方法将滤过的糖汁中所含的 葡萄糖发酵成乙醇。
该步骤之前优选将反应介质冷却。
发酵可以在发酵罐中进行7-24小时，温度保持在30℃-37℃，pH 值为3.8-5.0。通常，所用的酵母可以是酿酒酵母(Saccharomices cerevisiae)。
发酵的产量达到每克葡萄糖为0.4克乙醇。
用于发酵的酵母可以由微过滤器进行再循环从而再使用，微过滤器 的分离阈值为6KDa。
发酵步骤以后通常是步骤e)膜蒸发/脱水，可得到99.9％的乙醇。
因此，根据本发明的一个特别合适的方法的实例包括以下步骤：
-粉碎再循环纺棉(直径4-6mm)，
-在温度为60℃-180℃并且有一定量水的双螺杆挤压机中通过分 离纤维进行粉碎纺棉的预处理，所述水量为所述原料质量的200％-450 ％，
-在温度保持在50℃-60℃、pH值为4-5.5的罐内用由纤维素酶 和β-葡糖苷酶构成的酶混合物(0.1-1g酶每克纤维素)进行酶水解至少 24小时，
-用于清除介质的过滤
-用于再循环水解酶的超滤，
-反向渗透，
-脱色，
-无菌过滤，
-冷却，
-在温度为30℃-37℃、pH值为3.8-4.5的发酵罐内用酿酒酵母 (Saccharomices cerevisiae)发酵7-24小时，
-用于再循环酵母的微过滤，和
-蒸馏/脱水。
这种方法从对环境有利的原料出发，解决了最初提出的生物乙醇的 重要的生产量问题。按照预处理在酶水解后得到的结果如下表所示(以 相同的生物材料进行对比)：
-根据本发明对纺棉进行预处理，分离纤维(105℃，使用300％的 水)，
-根据现有技术对纺棉进行预处理(用1％的盐酸煮，温度为170℃， 时间15分钟)，和
-无预处理，
我们发现，与没有预处理及采用现有技术的预处理相比较，根据本 发明的方法可以极大地提高纤维素的水解，由此提高乙醇的产量。
同时，该方法再循环所用酶和酵母，可以减少生产成本。
得到的乙醇方便地作为碳氢燃料用于汽油车辆，其可单独使用，或与一 种或多种其它碳氢燃料联合使用。