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曲音波:玉米芯变身生物质能原料
发布时间: 2013-06-04 00:00:00     发布来源:     
作者:     发布人:子照    

  玉米芯能做什么?司空见惯的一幕是,当玉米粒被吃完后,玉米芯就完全失去了利用价值。而如今,常常被丢弃的玉米芯已华丽转身,一跃成为生物质能源的理想原料。

  在近日举行的第六届中国工业生物技术发展高峰论坛上,山东大学微生物技术国家重点实验室主任曲音波在向记者介绍玉米芯炼制生物燃料时兴奋不已。由他领衔完成的“玉米芯废渣制备纤维素乙醇技术与应用”项目不但突破了诸多技术瓶颈,而且还率先在国际上建成了用玉米芯年产3000吨纤维素乙醇的中试生产装置和万吨级的生产示范装置,使生产成本接近了粮食乙醇生产水平。

  构建生物炼制模式

  随着能源危机警钟的敲响和节能呼声的日益高涨,以生物质能为代表的可再生能源就成为全世界共同关注的焦点。

  曲音波表示,煤炭、石油等化石能源需要经过亿万年的转化才可实现。而伴随着生物炼制技术的不断升级,将生物质资源转化成能源则只需三五天的时间,因此,生物质能是石油等化石燃料的理想替代品。

  不仅如此,在他看来,生物质能还能够实现碳平衡。由于生物质能的原料大部分来源于植物废弃物,这些生物质资源在综合利用的过程中,除了能转变成大量的能源,排出的二氧化碳还可以被植物再次吸收,不会给环境增加任何额外的负担,因此能够最终实现碳平衡的效果。

  此前,使用玉米、小麦为原料生产粮食乙醇和使用木薯、红薯为原料生产非粮乙醇,因为存在“与人争粮”、“与粮争地”的先天不足,一直备受争议。也正因为如此,业界发展以秸秆等农业废弃物为原料的纤维素乙醇的热情骤然升温。

  不过,在纤维素乙醇热情高涨的同时,困难也接踵而来。曲音波表示,转化效率较低、成本高是妨碍其发展的主要障碍。
据曲音波介绍,生物质资源转化的主流技术之一就是建立生物降解转化的糖平台,即将秸秆等纤维质原料经过预处理得到纤维素、半纤维素和木质素,再经过酶水解制得葡萄糖、木糖等,再经过发酵制成液体燃料和化学品。

  然而,将纤维素降解转化存在很多难点,例如预处理效率不高、水解糖发酵性能差、发酵效能比较差、反应过程复杂等。虽然国内许多科研机构都在致力于纤维素酶的开发,也取得了一些进展,但也仍未能解决纤维素酶法生物转化的根本问题。

  “能从一个复杂的生物原料最终生产出液态燃料,质量很难过关,工艺又十分复杂,这导致很多企业做不下去。”曲音波说。

  另外,在曲音波看来,目前国内外多数研究单位和企业都只试图以秸秆等原料单纯生产燃料乙醇一种产品,这使得原料、预处理所占的成本在总成本中的比例过高,而原料中的各种成分也未能被充分利用,这是导致纤维素乙醇工艺尚未能产业化的主要原因之一。

  据了解,每生产一吨纤维素乙醇约消耗6吨以上秸秆,生产成本大多在8000元/吨以上,明显高于当前粮食乙醇的成本。

  对此,曲音波认为,纤维素乙醇生产的突破口必须瞄向生物炼制,即必须学习石化工业的发展经验,打破用生物质单纯生产单一产品的传统观念,充分利用纤维原料中的每一组分,将其分别转化为不同产品,以实现原料充分利用、产物多样化、产品价值最大化。

  玉米芯为理想原料

  曲音波指出,玉米芯是生产纤维素乙醇的理想原料。因为玉米芯比秸秆有更高的收集密度,解决了原料收集的一大难题。 另外,玉米芯中的半纤维素,如木糖、低聚木糖、阿拉伯糖等,还可被抽出用于生产高附加值产品。

  为了能将玉米芯“吃干榨尽”,曲音波提出了利用玉米芯粉碎后的木糖渣生产纤维素酶和燃料乙醇的新技术路线。

  这种新工艺是利用木糖醇、低聚木糖等高附加值产品的生产过程,成功地将玉米芯中的纤维素、半纤维素、木素相互束缚的坚固结构变得松散,既可将原料和预处理成本转移到高附加值产品的生产成本中去,又可在保障预处理效果的前提下,为下一步的酶解工艺提供易酶解的原料,提高了纤维素乙醇生产的经济性。

  “剩余的纤维素木糖渣不但可以生产乙醇等较高附加值的化工产品,其残渣还可以制成木素产品、发酵废液,甚至可以进行沼气发电,从而形成产品多元化的合理产业结构。” 曲音波说。
不仅如此,以木糖渣作为主要培养基成分可就地生产出的粗纤维素酶发酵液,避开了酶制剂加工、运输的较大成本增加,大幅度降低了纤维素乙醇生产的用酶成本。

  目前,该技术已经在山东龙力生物(002604,股吧)燃料公司正式投产。据粗略统计,该公司用玉米芯废渣生产燃料乙醇,每年约消耗玉米芯废渣20多万吨,节约汽油等燃料6万吨,节约玉米20万吨左右,为农民每亩增收100多元。

  实现全株综合利用

  在曲音波眼中,未来的远景就是在完善万吨级木糖相关产品纤维素酒精联产示范工厂的基础上,科研人员进一步扩大原料品种,如玉米秸秆和麦秆等,同时扩大联产产品,如化学品、饲料、纸浆、沼气、二氧化碳等,建立植物全株综合炼制技术示范企业。

  “在原料丰富的农村地区建立生物炼制中心,使农作物全株收获,经过分级分离和精细加工,最终实现全部利用。”曲音波说。

  对于50年后的发展状况,曲音波作了这样的展望:届时将实现淀粉、糖类、纤维素、木素等生物质原料的全部利用,产品多元化,形成生物质炼制巨型行业,部分替代不可再生的一次性矿产资源,初步实现以碳水化合物为基础的经济与社会可持续发展。

《中国科学报》 (2013-01-02 第7版 能源周刊)

http://tech.hexun.com/2013-01-02/149701788.html

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