木质纤维素原料(如秸秆、木屑等)的乙醇生物转化面临预处理复杂、五碳糖(木糖)乙醇转化率低、纤维素酶稳定性差及酶生产成本高等技术瓶颈,严重制约了纤维素燃料乙醇的工业化推广。因此,通过技术创新与集成,开发高效预处理、水解及发酵工艺,降低生产成本,已成为该领域的研究热点。
“十一五”期间,863课题“木质纤维素原料生物高效转化技术及产品”总体执行良好。课题组开展了生物与汽爆联合预处理技术研究,并在1000吨/年中试装置上进行放大验证。结果表明,秸秆经生物化学联合预处理后,酶解效率比单独汽爆处理提高20.5%,最终乙醇浓度提高21.2%(v/v)。该技术弥补了单一预处理的不足,实现木质素脱除与半纤维素分解的双重功效,解决了传统预处理功能单一、效率低下的问题,成果居国内领先水平。
此外,原位脱毒乙醇发酵技术省去了脱毒工艺环节,直接将水解液中的葡萄糖和木糖高效转化为乙醇,乙醇得率达到理论值的90%以上。该技术在1000吨/年中试装置上连续发酵验证,省去了糠醛、羟甲基糠醛和乙酸等抑制物的脱毒步骤,减少了废水排放,降低了治污成本,实现了纤维素乙醇的清洁化生产。该成果简化了工艺、降低了成本,对纤维素乙醇商业化具有重要理论和实践意义,成果居国内领先。
课题整体进展顺利,各项指标、成果及人才培养均达到或超过任务书要求。资助发表论文64篇,其中SCI收录23篇,EI收录9篇;申请发明专利28项,实用新型专利4项,已授权发明专利4项、实用新型2项;培养博士7名、硕士31名。
发展生物燃料乙醇已成为我国战略性举措。在国家政策激励下,纤维素燃料乙醇成为投资热点。本课题研究成果较主流技术更具市场竞争力,可为纤维素乙醇项目提供有力技术支撑。纤维素乙醇行业符合我国生物质能源产业战略规划,应用前景广阔,经济效益潜力巨大。该成果不仅提升了我国纤维素燃料乙醇技术竞争力、降低了成本,还促进了能源安全及经济与资源环境协调发展,具有重大社会效益。