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  • 化秸稈為能源 —— 記生物質煉制工程北京市重點實驗室

    2018-09-13 08:37:17 / 打印

    “木頭”也能釀酒?現在,人們利用植物木質纖維素就能加工生產出纖維素乙醇。因此,玉米秸稈、木屑等均可作為生產纖維素乙醇的原料來源。而我國是農業大國,農作物秸稈產量豐富,利用秸稈發展第二代生物燃料,對緩解能源短缺、減少環境污染等意義重大。

    在中科院,有一支生物質煉制“尖兵”:中國科學院過程工程研究所生物質煉制工程北京市重點實驗室。

    假如用“秸稈、汽爆及固態發酵”3個關鍵詞分類檢索,結果清晰地顯示,中科院過程工程研發能力遙遙領先于其他科研單位。

    例如,在《生物資源技術》(本領域高水平期刊,影響因子6.102)中以steamexplosion為主題進行檢索,該實驗室以73篇SCI論文通訊作者列國內外第一位。

    一直以來,生物質資源化利用及相關學科是中科院過程工程研究所重要研究方向之一,生物煉制相關研究工作在國內外均有較大影響力,對于我國社會、環境和經濟效益產生了重要的推動作用。

    生物質煉制工程北京市重點實驗室主要針對生物質資源轉化生物基能源、生物基材料和生物基化工產品的關鍵工程性共性問題,運用現代生物過程工程技術、綠色過程工程理論和方法,研究開發生物質資源高效、清潔、循環轉化利用的新理論、新過程和原創性替代技術,并進行工程化技術集成。承擔國家重大項目,組織集成社會優勢資源,建立示范工程,輸出生物基產品清潔生產新技術,引領我國生物基產品轉化技術發展。

    “我們的總體定位是,瞄準國家能源戰略需求,以生物質燃料制備為核心,推動生物質產業發展?!敝锌圃哼^程所研究員、生物質煉制工程北京市重點實驗室主任陳洪章說。

    陳洪章提到,纖維素是陸生植物細胞壁最主要的成分,占植物干重的35%~50%,是地球上分布最廣、含量最豐富的碳水化合物。據測算,地球上纖維素的年總產量高達2000億噸,蘊儲著巨大的生物質能。

    基于實驗室定位和生物質能煉制過程所涉及的相關問題,陳洪章帶領團隊圍繞生物質資源組分結構特性及其組分分離新過程新方法;生物基液體燃料的煉制過程關鍵技術(燃料乙醇、丁醇、生物柴油);生物基氣體燃料的煉制過程關鍵技術(沼氣、氫氣);生物基材料與化學品的煉制過程關鍵技術(丁二酸、1,3-丙二醇、PHB、高純度木質素、糠醛、木糖、木糖醇);生物質煉制產業鏈過程系統集成與生態工業技術等領域展開研究。

    陳洪章團隊與企業合作,建立了全球首個“30萬噸/年秸稈煉制工業產業化”生產線,并穩定運行,聯產5萬噸溶劑(丁醇、丙酮、乙醇),3萬噸木質素(用于生產酚醛樹脂膠)和12萬噸纖維素(用于生產生物聚醚多元醇)。實現了生物質煉制集成技術系統的成功轉化,并產生經濟效益。

    “30萬噸/年秸稈煉制工業產業化生產線”是利用玉米秸稈半纖維素發酵生產丁醇、丙酮、乙醇,而長纖維素造紙,短纖維素及木質素生產聚醚、酚醛樹脂等產品的秸稈全生物量分層多級循環高值利用路線。該路線所生產的多種生物基產品可應用于能源、塑料、材料、化工等行業,為秸稈資源高值化提供了新的途徑。

    2007年,中科院過程所開始與松原來禾化學有限公司開展技術合作,建立了“秸稈半纖維素發酵丁醇及其綜合利用技術”示范工程。

    2009年9月該公司開工建設的“30萬噸∕年秸稈煉制工業產業化生產線”。進一步利用該生產線所生產的木質素為原料,建立年產5萬噸生物聚醚多元醇和2萬噸酚醛樹脂膠的生產線,實現了秸稈綜合利用多聯產的目標。

    項目成功投產標志著突破了秸稈發酵丁醇及其綜合利用多項技術難題,實現工業性技術驗證,所使用的技術擁有完全的自主知識產權,是國內乃至國際上第一條低成本、高值化、規?;斩捲仙餆捴平M分全利用生產線。

    此外,陳洪章團隊還建立了國內首個有自主產權的3000噸/年秸稈酶解發酵乙醇示范工程,引起了社會各界的廣泛關注。先后與寶潔公司、江西天人集團、山東豐源集團股份有限公司、山東澤生生物科技有限公司、安徽星星輕紡集團、吉安生化集團公司、康迪恩生物集團公司、吉林石峴白麓紙業股份有限公司等30多家企業進行了有效的合作,涉及新能源、紡織、生防、醫藥、酶制劑等行業,技術成果轉化已產生了數億元的經濟效益。

    2014年,該實驗室“萬噸級秸稈丁醇產業化技術”和“萬噸級秸稈乙醇產業化技術”兩項技術成果通過了中科院組織的專家鑒定。專家組意見:萬噸級秸稈丁醇和乙醇產業化技術創新強,經濟運行良好,具有自主知識產權,達到國際領先水平。

    陳洪章還提到,氣相雙動態固態發酵產業化技術應用,實現了25、50、100立方工業規模成功放大,并應用于纖維素酶、白僵菌、綠僵菌、蘇云金桿菌發酵生產的大規模生產。該技術能夠實現水耗降低85%,能耗降低87.5%,且無廢水污染。

    該團隊在國內外學術期刊上共發表論文339篇,其中SCI收錄論文共計232篇,國內期刊共計107篇,總引用2650次、單篇最高引用189次。申請中國發明專利222項,擁有權限的中國發明專利52項;申請國際專利20項,擁有權限的國際專利授權6項。

    卓越的成績離不開團隊成員的通力合作,提到自己的團隊,陳洪章無比自豪。這里有一支15人左右的研究隊伍,培養出碩博士51人(1位杰青、1位長江、2位百人、6位教授),其中博士26人、碩士25人,平均3.6篇SCI論文、所長特等獎與國家獎學金每年均有)。

    陳洪章表示,“我們重視培養學生的自信與獨立思考能力。采用量化管理的方式激發團隊成員的創新活力,將團隊成員的創新成果、有利于創新理念產生的工作、維持創新環境發展的日常工作等根據對創新能力提升的貢獻度定量統計,作為成員創新業績的主要參考。進而將創新工作落實到日常的點滴活動和思考中,最終營造良好、可持續的創新環境,促進創新成果的產生?!?/p>

    2018年實驗室聯合各相關企業建成“生物質煉制工程產業聯盟”,形成產學研一體化的研究團隊,加大對生物質資源的高效利用研究,并積極開展“京津冀協同創新”,為促進區域經濟發展貢獻自己的力量。

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