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求真百科

生物炼制

生物炼制是利用农业废弃物、植物基淀粉、木质纤维素等生物基原料,生产各种化学品、燃料和生物基材料的过程。根据近来研究开发的不同情况。[1]

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目录

3种系列

:①木质纤维素炼制:用自然界中干的原材料如含纤维素的生物质和废弃物作原料;②全谷物炼制:用谷类或玉米作原料;③绿色炼制:用自然界中湿的生物质如青草、苜蓿、三叶草和未成熟谷类作原料。生物炼制大幅扩展可再生植物基原材料的应用,使其成为环境可持续发展的化学和能源经济转变的手段。

信息简介

高级生物炼制已被设想作为新型生物产业的基础。通过开发新的化学、生物和机械技术,生物炼制大幅扩展可再生植物基原材料的应用,使其成为环境可持续发展的化学和能源经济转变的手段。美国国家再生能源实验室(U.S. National Renewable Energy Laboratory, NREL)将生物炼制定义为以生物质为原料,将生物质转化工艺和设备相结合,用来生产燃料、电热能和化学产品集成的装置。随着原油及天然气价格地不断上扬,生物基原料的竞争优势愈发显现。据统计,1995年美国玉米价格约为2美元/bu(蒲式耳) (1bu=35.24L, 下同)、原油为2.8美元/ft3(1ft3=28.3L,下同)、天然气为2.8美元/kft3,而2005年则分别为2美元、6.8美元和7美元。从价格比较看,玉米将成为重要的生物基原料。多数专家分析认为,矿物基原材料价格将长期居高不下。

研究情况

未来的生物炼制将是生物转化技术和化学裂解技术的组合,包括改进的木质纤维素分级和预处理方法、可再生原料转化的反应器优化设计、合成、生物催化剂及催化工艺的改进。由木质素纤维制工业乙醇的生物炼厂正在开发上述技术,乙醇将成为高级生物炼制的主产品。 根据美国生物质规划,能源部将在2010年建成第一座基于农业废弃物的大规模综合性生物炼厂。 1999年成立的生物质加工应用联合体(CAFI)是政府投资的合作研究计划,重点是纤维素生物质的预处理技术开发,如Auburn大学的氨水循环预处理技术、达特茅斯学院 (Dartmouth College)的水和稀酸水解逆流和直流系统、密歇根大学的氨纤维裂解预处理技术、普渡大学(Purdue University)的可控制pH预处理技术及德克萨斯农业机械大学 (Texas A&M University)的石灰预处理技术等。 在生物质(如玉米秸秆)转化为生物基产品如乙醇的过程中,纤维素酶的费用占据重要位置。90年代后期,生产每加仑(1加仑=3.785L)乙醇所用纤维素分解酶的费用为5美元,而2003~2004年酶转化费用仅为原来的1/10,生产每加仑乙醇所需酶的费用降低到50美分。 高级炼制技术已成为学术界、政府部门和产业界的研究重点,美国能源部和农业部从2000年起共同投资支持创新性高级生物炼制项目如:

  • 综合玉米生物炼制:用玉米(包括秸秆、外皮、叶和玉米芯)作原料,生产燃料和增值化学品。2005年7月已制得所需要的酶,性能达到计划目标。
  • 以木质纤维素生物质为基本原料生产糖,进一步转化为燃料(如乙醇)和化学品(乳酸)。
  • 美国玉米种植者协会正在组织一个生物炼制项目,将玉米纤维进行分离,生产燃料和化学品。
  • 建立1座新型生物质转化中试工厂,开发新型淀粉和生物质加工工艺技术,提高乙醇收率。

当前欧洲也在开发生物炼制技术,奥地利、丹麦、德国、冰岛和瑞士等国都在进行基础性生物炼制技术的研究开发。荷兰于2003年开始一项4年的研发计划,内容是开发木质纤维素原料向乙醇、乳酸以及电力和热能转化的技术,该项目是由产业部门和研究机构合作进行的。欧盟委员会于2003年投资BREW计划,研究用可再生原料生产大宗化学品和化学中间体的应用生物技术。此项研究提出了一个有关技术建议的整体方案,涉及环境、经济效益及相关风险,由化学工业和研究机构的专家组成的工作组研究并提出未来10~20年甚至更长时期的发展建议。

参考文献