乙醇作为动力燃料使用时称为燃料乙醇，一般是指体积浓度达到99.5%以上的无水乙醇。燃料乙醇做变性处理，即可与汽油混合做燃料。

    表1：变性燃料乙醇要求

    在20世纪70年代的石油危机后，很多国家开始了对燃料乙醇的开发和利用。发达国家利用燃料乙醇已不仅仅是为了减少对进口石油的依赖，很大程度上也出于环保方面的考虑。燃烧乙醇放出的有害气体比汽油少得多，温室气体二氧化碳的净排放量也很少。掺入10％～15％的乙醇可使汽油燃烧得更完全，减少一氧化碳的排放量，故乙醇可作为汽油添加剂，安全地替代MTBE(甲基叔丁基乙醚)的作用。

    目前世界上燃料乙醇普及最高的是美国与巴西。

    表2：美国和巴西是燃料乙醇使用最广泛的国家

    根据所用原料的不同，燃料乙醇可分为粮食乙醇、非粮乙醇和纤维素乙醇。

    表3：纤维素乙醇不争量，不争地

    以玉米制乙醇为例，目前国内玉米的现货价格已经从3年前的1600元/吨上涨至2500元/吨左右，国内玉米乙醇原料成本压力较大。同样，对于1.5代非粮乙醇，其原料木薯价格近年来快速上涨，也导致制造成本上升，未来也许依靠ZF补贴盈利。

    图1:玉米价格不断攀升，玉米乙醇原料成本压力大幅上升

    纤维素乙醇的主要原料是农业废弃物（如玉米、小麦的秸秆、叶和壳，玉米芯废渣、甘蔗废渣）和林业废弃物（如木材加工厂产生的木屑和锯屑、枯木和树枝），其拥有数以亿计的原料资源与低廉的成本，还可帮助消化大量农林业废弃物。“变废为宝”的原料优势为大规模应用提供了有力保障。

    纤维素乙醇的主要成本是酶。近年来，由于对高效低成本纤维素酶的开发取得重大进展，纤维素乙醇生产成本已下降至5000-6000元/吨，随着纤维素乙醇量产技术进一步发展与生产规模的扩大，生产成本将进一步下降；在1代、1.5代技术受原料制约成本日益增加的背景下，纤维素乙醇的成本优势将更加显著。

    不争粮，不争地，随着纤维素乙醇的经济型凸显，是燃料乙醇的发展方向。

    酶解发酵法是目前最常用的低成本纤维素乙醇生产工艺，其主要流程如下：

    图2：纤维素乙醇的生产壁垒在于预处理与酶制取

    酶解发酵法的主要难点在于预处理技术与低成本高效酶的制取。从知名的加拿大logen的纤维素乙醇专利体系中不难发现，大量的专利都集中在这两个环节上。植物是半纤维素、纤维素和木质素构成的复杂结构。预处理的作用是降低纤维素的聚合度和结晶度，将木质素和半纤维素分离脱去，并增加纤维素的反应表面积。预处理的效果直接影响酶的利用率，对提高水解效率和乙醇的收率有重大影响，是影响生产成本的核心工艺。

    预处理技术的难点如下：

    (1)低成本，高品质：预处理工艺是纤维素乙醇生产成本最高的步骤之一，必须用最少的工序、能耗、化学品消耗和设备投资来实现稳定高效的生产，对工艺控制水平要求很高。

    (2)降低纤维素的聚合度：纤维素存在于植物的细胞壁上，是具有晶体结构的6碳多糖，多数预处理工艺得到的纤维素都是密实的聚集体，难以被水解。

    (3)控制抑制物的生成：原料中半纤维素、木质素和戊糖降解后产物都会对后续酶、发酵微生物的活性产生抑制作用，预处理需要通过精细设计控制抑制物的生成。

    表4：常用预处理技术与效果对比

    高效酶的制取可分为：霉菌菌种改造、霉菌培养与发酵和酶的分离。由于纤维素酶的结构和功能取决于产生酶的霉菌的基因编码，霉菌菌种的改造是最核心的技术。

    图3：高效纤维素酶的制取工艺流程

    由于自然界筛选分离出的野生菌株产酶能力低，且存在β葡萄糖苷酶严重缺乏等酶系齐全问题，使纤维素酶的综合利用率大幅下降。另一方面，野生霉菌分泌的纤维素酶活性易受环境影响，酶解过程中温度、PH值、新生物质的细微变化都易引起纤维素酶活性的大幅下降，阻碍了酶解反应连续进行。必须通过霉菌改造提升所产纤维素酶的环境耐受力，方可达到规模生产的需要。

    霉菌改造涉及基因工程、蛋白质工程、代谢工程、分子高通量筛选等多个现代生物工程前沿领域。这些领域里目前所采用的技术尚处于起步阶段，并不成熟，需要耗费大量资金与时间进行前期研发。其中，分子级高通量筛选成功率过低是限制国内企业改造霉菌的主要问题。

    美国能源部曾资助诺维信数千万美金用于研发低成本高效纤维素酶的生产技术；经过3-5年的开发，其申请的专利涉及21个领域，2010年成功研制出CellicCtec2高效纤维素酶产品，将燃料乙醇的用酶成本降至50美分/gal左右（1200元/吨乙醇）。

    2012年2月22日，诺维信正式面向全球市场推出适用于纤维素乙醇商业化生产的酶制剂产品——诺纤力赛力三代(CTec3)。对比实验表明，CTec3的性能指标是上一代产品的1.5倍，而与市场上其他可获得的酶制剂相比，生产相同产量的纤维素乙醇，所需添加的酶制剂用量仅为其他酶制剂的1/5。

    目前，国内实现纤维素乙醇用纤维素酶的量产企业仅山东龙力生物和河南天冠等少数几家，其吨纤维素乙醇用酶的成本分别为1750元和2000元，与诺维信尚存在一定不少差距。

    此外，纤维素酶属于非标化产品，即使采用外购方式，依然需要花费大量时间解决匹配性和高效利用的问题，否则无法有效降低用酶成本。