玉米芯能做什么？司空見(jiàn)慣的一幕是，當(dāng)玉米粒被吃完后，玉米芯就完全失去了利用價(jià)值。而如今，常常被丟棄的玉米芯已華麗轉(zhuǎn)身，一躍成為生物質(zhì)能源的理想原料。
在近日舉行的第六屆中國(guó)工業(yè)生物技術(shù)發(fā)展高峰論壇上，山東大學(xué)微生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任曲音波在向記者介紹玉米芯煉制生物燃料時(shí)興奮不已。由他領(lǐng)銜完成的“玉米芯廢渣制備纖維素乙醇技術(shù)與應(yīng)用”項(xiàng)目不但突破了諸多技術(shù)瓶頸，而且還率先在國(guó)際上建成了用玉米芯年產(chǎn)3000噸纖維素乙醇的中試生產(chǎn)裝置和萬(wàn)噸級(jí)的生產(chǎn)示范裝置，使生產(chǎn)成本接近了糧食乙醇生產(chǎn)水平。
構(gòu)建生物煉制模式
隨著能源危機(jī)警鐘的敲響和節(jié)能呼聲的日益高漲，以生物質(zhì)能為代表的可再生能源就成為全世界共同關(guān)注的焦點(diǎn)。
曲音波表示，煤炭、石油等化石能源需要經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的轉(zhuǎn)化才可實(shí)現(xiàn)。而伴隨著生物煉制技術(shù)的不斷升級(jí)，將生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化成能源則只需三五天的時(shí)間，因此，生物質(zhì)能是石油等化石燃料的理想替代品。
不僅如此，在他看來(lái)，生物質(zhì)能還能夠?qū)崿F(xiàn)碳平衡。由于生物質(zhì)能的原料大部分來(lái)源于植物廢棄物，這些生物質(zhì)資源在綜合利用的過(guò)程中，除了能轉(zhuǎn)變成大量的能源，排出的二氧化碳還可以被植物再次吸收，不會(huì)給環(huán)境增加任何額外的負(fù)擔(dān)，因此能夠最終實(shí)現(xiàn)碳平衡的效果。
此前，使用玉米、小麥為原料生產(chǎn)糧食乙醇和使用木薯、紅薯為原料生產(chǎn)非糧乙醇，因?yàn)榇嬖?#8220;與人爭(zhēng)糧”、“與糧爭(zhēng)地”的先天不足，一直備受爭(zhēng)議。也正因?yàn)槿绱?，業(yè)界發(fā)展以秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物為原料的纖維素乙醇的熱情驟然升溫。
不過(guò)，在纖維素乙醇熱情高漲的同時(shí)，困難也接踵而來(lái)。曲音波表示，轉(zhuǎn)化效率較低、成本高是妨礙其發(fā)展的主要障礙。
據(jù)曲音波介紹，生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化的主流技術(shù)之一就是建立生物降解轉(zhuǎn)化的糖平臺(tái)，即將秸稈等纖維質(zhì)原料經(jīng)過(guò)預(yù)處理得到纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，再經(jīng)過(guò)酶水解制得葡萄糖、木糖等，再經(jīng)過(guò)發(fā)酵制成液體燃料和化學(xué)品。
然而，將纖維素降解轉(zhuǎn)化存在很多難點(diǎn)，例如預(yù)處理效率不高、水解糖發(fā)酵性能差、發(fā)酵效能比較差、反應(yīng)過(guò)程復(fù)雜等。雖然國(guó)內(nèi)許多科研機(jī)構(gòu)都在致力于纖維素酶的開(kāi)發(fā)，也取得了一些進(jìn)展，但也仍未能解決纖維素酶法生物轉(zhuǎn)化的根本問(wèn)題。
“能從一個(gè)復(fù)雜的生物原料最終生產(chǎn)出液態(tài)燃料，質(zhì)量很難過(guò)關(guān)，工藝又十分復(fù)雜，這導(dǎo)致很多企業(yè)做不下去。”曲音波說(shuō)。
另外，在曲音波看來(lái)，目前國(guó)內(nèi)外多數(shù)研究單位和企業(yè)都只試圖以秸稈等原料單純生產(chǎn)燃料乙醇一種產(chǎn)品，這使得原料、預(yù)處理所占的成本在總成本中的比例過(guò)高，而原料中的各種成分也未能被充分利用，這是導(dǎo)致纖維素乙醇工藝尚未能產(chǎn)業(yè)化的主要原因之一。
據(jù)了解，每生產(chǎn)一噸纖維素乙醇約消耗6噸以上秸稈，生產(chǎn)成本大多在8000元/噸以上，明顯高于當(dāng)前糧食乙醇的成本。
對(duì)此，曲音波認(rèn)為，纖維素乙醇生產(chǎn)的突破口必須瞄向生物煉制，即必須學(xué)習(xí)石化工業(yè)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，打破用生物質(zhì)單純生產(chǎn)單一產(chǎn)品的傳統(tǒng)觀念，充分利用纖維原料中的每一組分，將其分別轉(zhuǎn)化為不同產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)原料充分利用、產(chǎn)物多樣化、產(chǎn)品價(jià)值最大化。
玉米芯為理想原料
曲音波指出，玉米芯是生產(chǎn)纖維素乙醇的理想原料。因?yàn)橛衩仔颈冉斩捰懈叩氖占芏?，解決了原料收集的一大難題。 另外，玉米芯中的半纖維素，如木糖、低聚木糖、阿拉伯糖等，還可被抽出用于生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品。
為了能將玉米芯“吃干榨盡”，曲音波提出了利用玉米芯粉碎后的木糖渣生產(chǎn)纖維素酶和燃料乙醇的新技術(shù)路線。
這種新工藝是利用木糖醇、低聚木糖等高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程，成功地將玉米芯中的纖維素、半纖維素、木素相互束縛的堅(jiān)固結(jié)構(gòu)變得松散，既可將原料和預(yù)處理成本轉(zhuǎn)移到高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)成本中去，又可在保障預(yù)處理效果的前提下，為下一步的酶解工藝提供易酶解的原料，提高了纖維素乙醇生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。
“剩余的纖維素木糖渣不但可以生產(chǎn)乙醇等較高附加值的化工產(chǎn)品，其殘?jiān)€可以制成木素產(chǎn)品、發(fā)酵廢液，甚至可以進(jìn)行沼氣發(fā)電，從而形成產(chǎn)品多元化的合理產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。” 曲音波說(shuō)。
不僅如此，以木糖渣作為主要培養(yǎng)基成分可就地生產(chǎn)出的粗纖維素酶發(fā)酵液，避開(kāi)了酶制劑加工、運(yùn)輸?shù)妮^大成本增加，大幅度降低了纖維素乙醇生產(chǎn)的用酶成本。
目前，該技術(shù)已經(jīng)在山東龍力生物(002604,股吧)燃料公司正式投產(chǎn)。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，該公司用玉米芯廢渣生產(chǎn)燃料乙醇，每年約消耗玉米芯廢渣20多萬(wàn)噸，節(jié)約汽油等燃料6萬(wàn)噸，節(jié)約玉米20萬(wàn)噸左右，為農(nóng)民每畝增收100多元。
實(shí)現(xiàn)全株綜合利用
在曲音波眼中，未來(lái)的遠(yuǎn)景就是在完善萬(wàn)噸級(jí)木糖相關(guān)產(chǎn)品纖維素酒精聯(lián)產(chǎn)示范工廠的基礎(chǔ)上，科研人員進(jìn)一步擴(kuò)大原料品種，如玉米秸稈和麥稈等，同時(shí)擴(kuò)大聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)品，如化學(xué)品、飼料、紙漿、沼氣、二氧化碳等，建立植物全株綜合煉制技術(shù)示范企業(yè)。
“在原料豐富的農(nóng)村地區(qū)建立生物煉制中心，使農(nóng)作物全株收獲，經(jīng)過(guò)分級(jí)分離和精細(xì)加工，最終實(shí)現(xiàn)全部利用。”曲音波說(shuō)。
對(duì)于50年后的發(fā)展?fàn)顩r，曲音波作了這樣的展望：屆時(shí)將實(shí)現(xiàn)淀粉、糖類、纖維素、木素等生物質(zhì)原料的全部利用，產(chǎn)品多元化，形成生物質(zhì)煉制巨型行業(yè)，部分替代不可再生的一次性礦產(chǎn)資源，初步實(shí)現(xiàn)以碳水化合物為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。