纖維素乙醇行業(yè)就像一個嗷嗷待哺的嬰兒，擁有美好的將來，但迫切需要實(shí)實(shí)在在的哺育。關(guān)鍵技術(shù)的突破才是其成功產(chǎn)業(yè)化的前提。
如果把石油和煤炭稱為“黑金”，那么取材于農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)資源的新燃料就可以稱之為“綠金”。在安徽豐原集團(tuán)，“綠金”的地位就被放在了最高的位置。
作為國內(nèi)較早涉足生物化工的企業(yè)，豐原集團(tuán)目前已經(jīng)突破了農(nóng)作物秸稈轉(zhuǎn)化為燃料乙醇的關(guān)鍵技術(shù)。不僅如此，他們還將繼續(xù)深度挖掘這一從土地里“種”出來的綠色寶藏。
“糾結(jié)”的纖維素乙醇
因“與民爭糧”，以玉米等糧食作物為原料的燃料乙醇，爭議一直不斷。近年來，生物燃料工業(yè)界繼而把研究熱點(diǎn)集中在開發(fā)商業(yè)上可行、由木質(zhì)纖維素制造的纖維素乙醇。
纖維素乙醇所使用的生物質(zhì)原料通常是玉米秸稈、玉米芯、小麥稈、甘蔗渣等農(nóng)林廢棄物。與傳統(tǒng)汽油相比，纖維素乙醇可減少90%的溫室氣體排放。
“我國每年約產(chǎn)生1.5億噸秸稈，如果全部轉(zhuǎn)化為新能源，則可以產(chǎn)生相當(dāng)于4500萬噸石油的價值。”在豐原集團(tuán)董事長李榮杰看來，面對充足的原料供應(yīng)，纖維素燃料乙醇無疑面臨著巨大的產(chǎn)業(yè)空間。
不過，雖然原料充足，但國內(nèi)的纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)卻一直未能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化開發(fā)。
豐原集團(tuán)總工程師薛培儉表示，盡管木質(zhì)纖維素原料本身非常廉價，但是將其轉(zhuǎn)化成乙醇的工藝過程卻非常復(fù)雜，需要消耗大量能耗，因此該工業(yè)一直徘徊在大規(guī)模商業(yè)化的大門之外。
“目前，纖維素乙醇不能產(chǎn)業(yè)化是由各種綜合因素造成的，主要原因之一就是木質(zhì)素不能得到高效利用，既造成了資源的浪費(fèi)，又給環(huán)境帶來了巨大的壓力。”薛培儉說。
在他看來，纖維素乙醇行業(yè)就像一個嗷嗷待哺的嬰兒，擁有美好的將來，但迫切需要實(shí)實(shí)在在的哺育。
好在，豐原集團(tuán)已經(jīng)意識到，面對纖維素乙醇這一意義重大但又非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，關(guān)鍵技術(shù)的突破才是成功產(chǎn)業(yè)化的前提。
攻關(guān)發(fā)酵技術(shù)
多位專家曾對記者表示，秸稈能源化的瓶頸主要有兩處：一是沒有找到或組合出可高效水解纖維素的酶，從而無法使廉價的秸稈一次完成預(yù)處理；二是沒能培育出高效轉(zhuǎn)化由半纖維素轉(zhuǎn)變而來的木糖的發(fā)酵菌種。
為了破解上述技術(shù)難題，豐原集團(tuán)聯(lián)合天津大學(xué)、江南大學(xué)和中科院等離子所共同出資建立了國家級發(fā)酵技術(shù)工程研究中心，加大對菌種技術(shù)、發(fā)酵技術(shù)、分離提取技術(shù)等方面的研究力度。
作為該研究中心的主任，薛培儉表示，他們采用廉價培養(yǎng)基并通過酶制劑菌株的誘變、馴化與篩選以及工藝條件的優(yōu)化等各種手段，已經(jīng)大幅提高了纖維素酶的活力，并降低制酶成本。目前每生產(chǎn)一噸纖維素乙醇，酶成本約為1000元，完全是產(chǎn)業(yè)化可以承受的生產(chǎn)成本。
另外，研究人員還選育出既能利用五、六碳糖混合發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，又可分別利用五碳糖和六碳糖單獨(dú)發(fā)酵的菌株，混合發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的糖轉(zhuǎn)化率達(dá)到42%，半纖維素和纖維素的利用率分別達(dá)到70%和80%以上。
通過優(yōu)化預(yù)處理工藝，他們還將酶解糖濃度提高到12%以上，每噸玉米秸稈可產(chǎn)糖450公斤，其中可發(fā)酵糖占90%。
不僅如此，針對半同步糖化發(fā)酵過程中流體變化特征，研究人員通過改造現(xiàn)有設(shè)備，研制出半同步糖化發(fā)酵耦合生物反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵液由非牛頓流體狀態(tài)到牛頓流體狀態(tài)的有效過度，并高效生產(chǎn)燃料乙醇。
薛培儉稱，豐原集團(tuán)在以堿法預(yù)處理為主的木質(zhì)素高效脫除工藝、高活力纖維素酶的規(guī)模化制備、新型生物反應(yīng)器的開發(fā)等方面都取得了突破性進(jìn)展。這些新工藝不僅能夠高效利用纖維素，而且還大大降低了秸稈轉(zhuǎn)化為能源的成本。
試驗(yàn)顯示，依照目前的轉(zhuǎn)化技術(shù)，每4噸秸稈(玉米秸稈、麥草秸稈等)就可生產(chǎn)一噸燃料乙醇，如果每噸秸稈按400元計算，其全部生產(chǎn)加工成本比每噸玉米轉(zhuǎn)化成燃料乙醇的成本低300多元。
據(jù)了解，“十一五”期間，豐原集團(tuán)聯(lián)合合肥工業(yè)大學(xué)、華南理工大學(xué)等研究團(tuán)隊，承擔(dān)了國家級科技支撐計劃項目“農(nóng)作物秸稈生物轉(zhuǎn)化制備燃料乙醇”課題，并建立了以玉米秸稈為原料年產(chǎn)3000噸燃料乙醇的中試裝置，目前已成功進(jìn)行了試運(yùn)行。
現(xiàn)階段，豐原集團(tuán)還與中科院廣州能源研究所、廣西科學(xué)院共同申報了科技部“十二五”科技支撐計劃課題“蔗渣水解液態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇關(guān)鍵技術(shù)與示范”，該課題也正在進(jìn)行當(dāng)中。
“吃干榨盡”降成本
“國內(nèi)外采用的秸稈預(yù)處理工藝多為酸法、堿法、蒸汽爆破等，均不能有效將秸稈中的木質(zhì)素、半纖維素和完全纖維素分離。”薛培儉說，豐原集團(tuán)雖然取得了一定的科技成果，但是經(jīng)濟(jì)性距離大規(guī)模化、商業(yè)化生產(chǎn)還仍有一定差距。
這種差距的原因就是，所采用的高溫低濃度的預(yù)處理工藝，不能將木質(zhì)素、纖維素、半纖維素分離徹底。特別是將半纖維素降解為五碳糖，纖維素降解為六碳糖，然后混合發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇，發(fā)酵周期長、乙醇濃度低、能耗高，因而不具備經(jīng)濟(jì)性。
在薛培儉看來，利用木質(zhì)素組分特別是含木質(zhì)素廢渣、廢液制成的高附加值化學(xué)品，是降低纖維素乙醇工業(yè)成本的經(jīng)濟(jì)環(huán)保的根本辦法。
豐原集團(tuán)也正試圖將秸稈等原料“吃干榨盡”，除了開發(fā)燃料乙醇，還將利用木質(zhì)纖維素開發(fā)更具高附加值的產(chǎn)品。
據(jù)他介紹，對于高附加值產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，豐原集團(tuán)目前已經(jīng)形成了五大類系列產(chǎn)品，包括色氨酸、谷氨酸等氨基酸類產(chǎn)品；木糖醇、阿拉伯糖等糖醇類產(chǎn)品；檸檬酸、蘋果酸等有機(jī)酸系列產(chǎn)品；透明質(zhì)酸、唾液酸等多糖類產(chǎn)品；古龍酸、維生素C等維生素系列產(chǎn)品。
而對于純度較高的木質(zhì)素，也可以改性開發(fā)出酚醛樹脂、橡膠涂料染料化工等化工產(chǎn)品。
可以說，利用秸稈不僅可以生產(chǎn)出燃料乙醇，還可轉(zhuǎn)化生產(chǎn)出生物基乙烯、聚乳酸生物可降解塑料、紡織品原料聚乳酸聚酯、無毒增塑劑、油漆涂料的無毒溶劑等新型生物能源和生物材料，具有極高的經(jīng)濟(jì)社會價值和極好的開發(fā)利用前景。
薛培儉表示，未來3到5年，豐原集團(tuán)還將利用自身研發(fā)中心的技術(shù)優(yōu)勢和項目儲備，對現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)進(jìn)行升級改造，實(shí)現(xiàn)高技術(shù)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化。
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