生物质工程前沿与关键技术

生物质工程前沿与关键技术(一)生物能源以及生物基产品的一个格外引人关注的兴产业.循环经济的典范既是可再生能源,也能生产出上千种的化工产品,且因其主成分为碳水化合物,在生产及使用过程中与环境友好,又胜化石能源一筹.另外,它以作物秸秆、畜禽粪便、林产废弃7秸秆,其中2亿吨被就地燃烧,污染大气;每年有2亿多万吨林地废弃物未被利用;每年有25余亿吨畜禽粪便及大量有机废弃物,相当于3亿吨标煤未能利用和成为水体的污染源;每年有1000多万公顷农田因掩盖石油基塑料地膜而导致土壤肥力衰退.此外,尚有1亿多公顷的边际性土地,这些边际性土地虽不宜垦田,但如种植能源植物可年产出或替代6亿吨燃油.种出个”绿色大庆”我国生物质能源产业刚刚起步,但势头很好.豫、吉、皖三省4套年产30万吨燃料乙醇装置已建成投产,乙醇汽油销售开头封闭运行;我国自行培育的具有高抗逆性和可全国种植的甜高粱,每公顷能产燃料乙醇6吨,比甘30%350%以上,可直接生产生物柴油,西南地区已种植10万亩,打算2023年进展到1000万亩.此外,淀粉基热塑性和聚乳酸树脂技术正酝酿突破,固化成型燃烧技术开头应用.依据我国生504030%的林业废弃物,以及开发5%、约550万公顷边际性土地种植能源植物,同时建设约10005000产石油4800万吨).依据我国农业生态区资源特点,可建设以甜高粱和林区废弃物为本能源植物为主体的东南绿色”油田”.期盼本钱突破虽说生物质产业是世界进展之大势和兴的朝阳产业,但其当前本钱与价格尚难与石油基产品竞争.煤与石油化工的烃技术体系形成已有近百年历史,而糖技术进展晚得多还不成熟,但也因此具有巨大的技术改进与本钱降低的空间.巴西849,1998300基乙醇吨价3800元,而甜高粱基乙醇可降到2800元以下;油料作物基生物柴油吨价4000元上下,麻疯树等木本油料基和垃圾油脂基生物柴油吨价可降到3000元以下.能源植物资源的觉察和应用生物技术等进展能源植物的遗传改进,原料本钱还会有较大降低.工业转化技改的潜力也很大,如将一般酵母间歇发酵改进为基因工程菌连续发酵生产燃料乙醇、酶法和非催化法合成生物柴油、在线产物分别连续发酵、木质纤维素水解技术等的突破都将大幅度降低转化本钱.成熟技术、改进技术和高技术的联合运用是共同的策略.依据对几个主产品的综合分析,仅靠技术改进即可获25%-40%的本钱降幅,使生物质基产品本钱低于现石油基产品.生物质产业的工艺、设备和产业化方面,我国与兴旺国家有较大差距,但在资源和某些技术争论方面是有优势的.抓住机遇,努力进展,在此项各国几乎在同一起跑线上的国际竞赛中,我国有可能跑在最前面.降低原料本钱我国有优势技术——生物质工程前沿与关键技术 〔二〕生物质产业的进展将使人类不再过分依靠化石能源,但目前以生物质为原料的糖经济尚缺乏与石油经济竞争的实力.虽然生物质原料本钱低,但加工转化本钱高,只有实312、通过微生物代谢工程3、简捷、高效的下游过程技术产物分别.其中,将大分子多糖降解为可生物利用的复原糖是目前最大的技术屏障.尽管我国生物质技术整体水平较低,但恰恰在以上有关植物生物质生物利用关键技术难题方面有独到的技术优势.上述三方面的技术突破,将使我国有望领先较经济地生产燃料乙醇,降低聚乳酸前体乳酸的生产本钱,使生态塑料聚乳酸树脂具备与石油基塑料竞争的经济性.木质纤维素水解技术植物生物质的主要成分是木质纤维素,是世界上惟一可推测的能2．9×1021的能量,但是利用率才将近7%.把植物生物质变成清洁能源和环境友好化工产品的最正确2070年月的第一次石油危机时,美国就开头了用秸秆等木质纤维素类物质生产乙醇的争论.承受单菌产纤维素酶再用酶降解纤维素工艺,从1985年到1995年,本钱只降低了10倍,而且再连续降低本钱比较困难,至今美国仍在单菌产纤维素酶的老路上钻研.我素的构造,先承受技术预处理木质纤维素使纤维素外表充分暴露,并且使半纤维素水解为木糖的时间缩短4倍;再利用微生物菌群法降解纤维素,显著提高了纤维素降解速度,降低了水解本钱;连续分别复原糖的水解反响器技术由于全面考虑了纤维素水解所涉及的各种因素,提高了纤维素水解速度和水解液中复原糖浓度,从而大大降低了可发酵糖的本钱.水解糖的微生物利用技术半纤维素水解产物木糖是仅次于葡萄糖的其次大糖源.国外往往重视葡萄糖的生物3~4率从88~90%提高到94%,糖转化率提高到90~94%,并且自身安全无毒,可以作为动学纯度乳酸.而国外则主要以淀粉(葡萄糖)为原料承受细菌间歇发酵生产乳酸,很难在现有水平上再降低乳酸生产本钱,限制了生物基塑料聚乳酸树脂的广泛应用.在线产物分别连续发酵技术微生物代谢产物对菌体自身生长的抑制作用始终是困扰发酵工业的难题,我国开发的一体式膜生物反响器连续发酵技术可使微生物在高代谢产物浓度下发酵,承受该技术以玉米芯水解液为原料连续发酵250小时,乳酸生产率达12．6g/l．h,为低本钱生产乳酸并使聚乳酸树脂具备与石油基塑料竞争的力量奠定了根底.应用计算流体力学气条件.在线产物分别连续生物反响技术,不仅可以提高乳酸生产技术水平,而且将改善发酵工业技术现状.上述木质纤维素水解、五碳糖与六碳糖微生物共利用、在线产物分别连续发酵三方面的技术突破,有助于我国在兴的生物质产业中取得国际领先地位.生物炼化期盼本钱突破——生物质工程前沿与关键技术(三)要争论方向,也是石油炼制和石化工业实现可持续进展的必由之路.目前,国外正在大力进展各种类型的生物炼油化工厂,其中美国由于丰产玉米,已有报道以玉米为原料的生物炼油化工厂模型.从我国国情动身,开发以植物油为原料的生物柴油炼油化工厂具有现实意义.植物油中主要含有甘油三酸酯.它与甲醇进展酯交换后可以得到脂肪酸甲酯和甘油,两者都可以作为产品直接进展销售,同时也可作为原料制造大宗化工产品和生物可降解精细化工产品.进展生物柴油炼油化工厂的关键是原料价格与供给量.利用木本植物油,尤其是野生木本植物油作为生物炼油厂的原料是中国的优势和特色.在生物炼油厂中,只生产生物柴油难以立足,必需综合利用以增加利润.脂肪酸甲酯的应用领域比较多,用以生产13-丙二醇的技术.从现在开头到2023年,在我国建立工业示范的农林与共同努力.在原油价格为25~50/1400~2800/吨)的状况下,目前油料3000/吨以下,将为我国生物柴油炼化厂的进展制造有利条件.石油化工业经过几十年的进开放发了大量的石油化工产品,而以可再生农林生物质资源为原料的生物炼油化工才起步不久,其生产的根本有机原料已转移到含氧有机化合物,包括有机酸、醇、酮、醚等,把这些原料转化成产品,需要开发的加工技术,需要工产品,如润滑剂、洗涤剂、溶剂等,我国国内尚未使用,因此有大量的产品市场开拓任务.生物柴油炼油化工厂的工厂布局要从降低物流成原来加以争论,特别是承受野生木本植物油的生物炼油厂的地点要综合考虑原料产地、集散运输、炼厂四周油品销售市场范围等因素来选择最经济合理的方案.建原料基地进展生物燃油——生物质工程前沿与关键技术(四)以植物或动物及其产物为原料生产可再生能源———生物质燃料油产业近十几年来已成为一个全球性的兴产业.目前多数国家是以油料作物或食用油所产生的废此举不仅可以为我国的生物质燃料油工业供给丰富的可再生原料,还可改善生态环境,增加农民收入.我国含油植物种类丰富,但是可用作建立规模化生物质燃料油原料基地的乔灌木种30规模化良种供给基地的生物质燃料油植物仅10产业,推动生物质能源的开发利用有着重要意义.在我国适合于作燃料油原料的10多山荒滩造林树种,亦是优良的赏识树种,其木材、叶与树皮有多种用途,种子含油量在42．5%,种仁含油量为56．7%,可作食用油,也是优良的生物质燃料油原料.目前我国正在三个省集中分布区建立采种基地,局部种子已用作生物质燃料油生产的原料.在生物质燃料油的工业化生产方面,我国也有初步尝试.正和生物能源目前已建成一套以黄连木种子为原料年产1万吨生物质燃料油装置,经检验证明,其油品主要物理化学指标到达美国生物质燃料油以及中国轻质燃料油标准.北京理工大学汽车排放质量监视检验中心等单位的检验结果