干法木質纖維素生物煉制技術研發獲重大進展

　　用秸稈制乙醇，代替汽油跑汽車，這當然不是異想天開，但幾十年來始終是一塊“畫餅”——讓人垂涎欲滴卻不能入口充饑。不過，由華東理工大學鮑杰教授領銜研發、首次亮相于正在舉行的第十六屆中國國際工業博覽會（上海工博會）的“干法木質纖維素生物煉制技術”告訴我們，讓我國每年7億噸秸稈物盡其用的一天，可能真的已經不遠了。

　　生物煉制乙醇難在哪兒？

　　在中國這樣的農業大國，用玉米秸稈、麥稈、稻草等可再生原料，生產液體燃料和化工產品，無論從哪方面說，都是一個造福國計民生而且深具潛力的發展方向。表面看來，秸稈制乙醇的生物煉制方法——纖維素經微生物分解成葡萄糖再發酵成乙醇，似乎也不是特別高深。那么，為什么從上世紀70年代第一次石油危機發生到現在，歷經40年的探索，這座寶山依然可望不可即呢？

　　在華東理工教授鮑杰看來，“關鍵是成本”。生物煉制成本如果不能大幅度降低，達到讓工業生產贏利的程度，秸稈制乙醇就只能是畫餅難充饑。而高成本主要體現在纖維素水解酶價格昂貴、產品得率低、過程能耗高以及大量廢水處理所導致的環境成本等方面。

　　例如，考慮到運輸半徑的限制（50公里），中國的生物煉制工廠生產規模都較小，而且基本都位于生物質資源豐富但基礎設施落后的農村地區，能源供給設施和廢水處理系統的完善程度都比不上先進的化工大企業，控制得不好，就會出現上世紀90年代在我國曾經遍地開花后又全面關閉的小造紙廠那樣的負面范例。所以，節能減排對產業的正常運作和可持續發展特別重要。

　　“華理智造”有什么牌？

　　為大幅降低秸稈制乙醇的成本，鮑杰教授的生物煉制科研團隊提出了“干法木質纖維素生物煉制技術”，以節能減排為突破口，打出了3張王牌。

　　第一張是干式稀酸預處理技術。

　　根據團隊成員張建老師介紹，秸稈制乙醇是個“粗糧細做”的活，首先要通過預處理破壞其纖維結構。比起常規的稀酸預處理工藝，他們的“干式”做法，使得預處理過程的用水量和蒸汽用量降低了90%，做到了廢水的零排放，秸稈與酸液的比例則由10:1變成了1:2。

　　固體含量這么高，整個物料完全是干的，怎能和水蒸汽、纖維素酶及菌株充分混合呢？別急，這個“華理智造”還有第二張牌“螺帶式攪拌反應器”，將攪拌槳化直為曲，就能讓各種組分充分混合起來。

　　據鮑老師透露，這個精巧的創意其實并非生工學院自產，而是化工學院戴干策先生的主意。戴先生是著名的化工傳遞專家,雖退休多年但一直活躍在科研一線。按戴先生的建議,把聚酯反應器的攪拌概念引入了秸稈的生物煉制，就徹底解決了攪拌難的問題。

　　小小的樹脂枝孢霉則是第三張牌。原來，在纖維素預處理的過程中，會產生大量呋喃醛和芳香醛之類的物質，這些都會使得發酵微生物中毒死亡。樹脂枝孢霉就承擔了去除這些“毒物”的使命。

　　說起樹脂枝孢霉的發現，還有一個有趣的小故事。有一年，研究人員過完春節回校，發現冰箱里存放的已經預處理的秸稈原料上長出了黑色的霉菌。經鮑杰老師提醒，他們對原本要處理掉的原料進行了成分檢測，結果發現，原料里面的抑制物含量居然下降了很多，最后找到的“始作俑者”就是樹脂枝孢霉。

　　“這種真菌有一個俗名叫煤油真菌，曾在航空煤油油箱里發現過，不過除了堵塞輸油管線外，原來還沒有發現過它有其它用途，沒想到在秸稈上發現了它。這種霉只吃有毒的物質，不吃糖，是一個罕見的‘勞模’微生物。所以說，科學研究中，有心很重要，對不是實驗計劃中的東西，也要好好觀察。”鮑老師說。

　　世界性難題何時解？

　　據鮑杰教授介紹，“干法木質纖維素生物煉制技術”發酵乙醇的體積濃度已近9%，接近于淀粉制乙醇的指標。更重要的是，這一技術的耗水耗能低、廢水排放低，與生產玉米乙醇相比相差無幾，而且設備成本低，特別適合在我國農村地區實施。目前，該技術已經申請了中國發明ZL20項，其中授權4項、公開9項，還有7項已進入實際審查階段。以年產3萬噸生物多元醇為總目標，他們與河南鄲城財鑫糖業公司合作的項目也將進入投料生產階段。

　　“秸稈制乙醇遇到的挑戰是個世界性難題，雖然歐洲和美國的幾套工業生產裝置已經進入試生產，但最終結果還需要連續運營的工業化數據的證明，簡單地說，如果年產幾萬噸的裝置連續運行一年下來，企業還能贏利，還有繼續生產的動力，就可以算成功了。”對乙醇的非糧生物煉制產業化前景，鮑杰教授用“還需要走很長一段路”一語進行了概括。

　　據估算，我國每年可收集秸稈總量大約7億噸，如果每年有五分之一用于生產乙醇，可年產乙醇2800萬噸，大約可替代全國一半的汽油消耗量。對農民來說，按1噸秸稈凈收入200元計算，每年可增收280億元。也許，再等5年，這筆計算中的財富就能夠惠及我們每一個人？