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能源是经济社会发展的动力。当今世界,能源短缺,给经济发展造成了很多制约因素。燃料乙醇被称为不会增加碳排放的清洁能源,取之不尽、用之不竭的可再生能源,已成为发达国家竞相开发的战略制高点。开发燃料乙醇有两大难点：(1)原料的预处理和糖化问题；(2)六碳糖与五碳糖共发酵问题。本工作围绕这两大问题展开研究,找到和建立了一些解决问题的新方法和新思路。针对粮食乙醇原料紧俏,研究了以农林纤维素废料和城市垃圾为原料制取燃料乙醇的可行性,结果发现,秸秆和城市生活垃圾中的厨余垃圾和废纸均可作为生产燃料乙醇的原料。现代城市垃圾的分类收集方式大大降低了垃圾分拣成本。厨余垃圾含有大约50%的淀粉类物质,用糖化酶糖化、发酵即可制得燃料乙醇,其工艺与粮食乙醇相当。废纸中含有的纤维素和半纤维素大约接近80%,其水解、糖化、发酵工艺与农林纤维素相当。为解决原料的预处理和糖化问题,在研究现有的酸法预处理的基础上,提出了超浓酸法、微波联合酸法、水性离子液体法等新的预处理糖化方法及其机制,探讨了具体的工艺。结果表明,以超浓盐酸为溶剂在常温下预处理秸秆,其还原糖收率为28.7%,秸秆消解率接近100%。微波联合酸法预处理废纸的还原糖得率比常规加热方式得糖率提高20%,是去离子水浸泡微波辐射(40min还原糖得率仅为0.15%)下得糖率的88倍；微波联合酸法预处理厨余垃圾的还原糖得率比未经预处理的厨余垃圾酶水解糖产量提高46.1%,说明微波辐射联合酸法预处理生活垃圾的方式能有效促进水解糖化过程,提高还原糖得率。提出了水性离子液体对木质纤维素进行水解的新方法。实验结果表明：以浓度为25%的水性离子液体溶液为溶剂预处理秸秆的还原糖得率达93.69%,优于稀酸溶液预处理秸秆的还原糖得率26.97%；进一步的研究表明,对于秸秆,稀酸水解的活化能为157KJ/mol,超浓盐酸水解活化能为116KJ/mol,离子液体水解活化能为107KJ/mol,水性离子液体水解活化能为43KJ/mol,说明水性离子液体为溶剂更有利于秸秆水解反应的进行,且离子液体可以多次重复利用而秸秆水解糖化效果维持稳定,具有很好的经济性；同时采用水性离子液体预处理秸秆,离子液体用量降低,而且在离子液体循环利用过程中不需要将离子液体完全除去水分,从而节省操作流程和能源,降低了成本。为解决五碳糖对六碳糖发酵的抑制问题,提出了嗜单宁管囊酵母和酿酒酵母固定化发酵工艺,用其对废弃秸秆和生活垃圾的酶水解液进行静态发酵,结果表明,固定化菌种对水解液的发酵效果明显好于游离菌种的发酵效果,比游离菌种情况下乙醇产量提高38.1%。同时设计了非等温动态发酵的新的发酵方案。根据微生物生长温度和产物合成温度不一致的情况,在发酵过程中通过变化温度来确保菌种的稳定生长并最大限度的提高乙醇产量,很好的改善了发酵效果,乙醇浓度达到7.1%,与静态恒温发酵相比乙醇产率提高了18.3%。最后创新性地以沸石作为吸附介质对葡萄糖和离子液体混合体系进行分离,试验结果表明,沸石对葡萄糖有一定的吸附,对离子液体几乎无吸附,同时葡萄糖从沸石上解吸附百分比最高达到99.83%,从而验证葡萄糖和离子液体在沸石介质上可以实现有效分离,分离率最高达到68.25%。