在科技部863計(jì)劃、山東省關(guān)鍵技術(shù)重大攻關(guān)項(xiàng)目、青島市重大研究計(jì)劃和殼牌國(guó)際合作項(xiàng)目的支持下，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所“三個(gè)重大突破”之一的“萬(wàn)噸級(jí)生物基二元醇產(chǎn)業(yè)化系統(tǒng)”纖維原料預(yù)處理過(guò)程取得突破性進(jìn)展，成功開發(fā)出高效、節(jié)能、省水的動(dòng)態(tài)擠壓預(yù)處理技術(shù)，并建立起年產(chǎn)千噸級(jí)預(yù)處理中試裝置。
纖維素類生物質(zhì)是地球上蘊(yùn)藏最為豐富的可再生資源，從纖維質(zhì)中獲取可代替石油的能源、材料或化學(xué)品是解決現(xiàn)代能源危機(jī)最具潛力的途徑之一。但原料預(yù)處理成本高、酶水解效率低是影響生物質(zhì)轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。這些瓶頸問(wèn)題主要?dú)w因于纖維質(zhì)復(fù)雜的化學(xué)組成及致密的不均一結(jié)構(gòu)，所以針對(duì)纖維原料的特點(diǎn)，建立經(jīng)濟(jì)高效的預(yù)處理技術(shù)和中試裝置對(duì)于促進(jìn)纖維素燃料的產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。
青島能源所綠色化學(xué)催化團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人牟新東研究員等針對(duì)纖維原料預(yù)處理能耗高、效率低及組分難以分離的難題，成功開發(fā)出新型動(dòng)態(tài)擠壓預(yù)處理技術(shù)，申請(qǐng)實(shí)用新型專利1項(xiàng)（CN202497919U，已授權(quán)），發(fā)明專利4項(xiàng)（CN101787384A、CN102191299A、201210424816.8、201210424768.2，其中2項(xiàng)已同步申請(qǐng)國(guó)際專利），在Biotechnology Letters（2011, 33, 1587-1591）和Bioresource Technogoly（2012，125，193-199）各發(fā)表文章1篇，并建立千噸/年玉米秸稈處理量的中試裝置。在中試平臺(tái)上連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)12小時(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)果表明，在高濃（約為35%）、低溫（約98 ）、低用堿量（6%）的條件下處理玉米秸稈，可實(shí)現(xiàn)葡萄糖酶解得率90%以上。
該團(tuán)隊(duì)王海松、劉超等研究人員，為完成整個(gè)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程的工藝優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，在動(dòng)態(tài)擠壓預(yù)處理中試裝置的基礎(chǔ)上自行設(shè)計(jì)了一套生物質(zhì)酶水解糖化純化濃縮系統(tǒng)。該系統(tǒng)模擬工廠運(yùn)行模式，利用DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了溫度、時(shí)間等參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示和控制，并配套脫色、離子交換、三效蒸發(fā)濃縮、噴霧干燥等裝置，可日產(chǎn)20公斤非糖生物質(zhì)糖。
青島能源所開發(fā)的預(yù)處理糖化平臺(tái)可以完成多種纖維原料（玉米秸稈、稻草、甘蔗渣及木片等）轉(zhuǎn)化成單糖的工藝示范及成本核算過(guò)程，為纖維原料生物轉(zhuǎn)化提供中間產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)化數(shù)據(jù)參考。目前，該項(xiàng)目正在中試基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的集成放大研究。
圖 1 千噸/年級(jí)纖維原料預(yù)處理中試裝置
圖 2 纖維生物質(zhì)酶水解糖化純化濃縮系統(tǒng)
