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低成本秸秆糖生产关键技术
  来源:3003必赢贵宾会官网 发布时间:2020-03-02    供稿部门:产业合作部

  项目概况 

  近年来,基于纤维素糖化发酵生产纤维素乙醇研发工作在全世界都受到空前的重视,在木质纤维素生物炼制技术上进行了巨额投资。美国政府尤其重视并支持纤维素乙醇产业发展,其技术水平也代表着世界最先进水平。目前预处理技术采用NREL长期力推的连续稀酸预处理技术;纤维素酶生产现场生产方式,纤维素酶用量为20 mg/g纤维素;葡萄糖和木糖转化率达到95%,纤维素酶生产成本仅为约300/吨生物质糖;木质素残渣用于发电并有大量发电。 

  我国在利用木质纤维素转化为糖利用技术研究处于刚刚起步阶段,目前,以中粮集团、河南天冠和山东龙力生物为代表的骨干企业,掌握纤维素酶生产工艺,实现高底物浓浆酶解,完成万吨级成套工艺软件包开发的基础上,基本形成以预处理-酶解-发酵为主要工艺路线的生物转化技术平台。同时掌握了多项具有自主知识产权的关键技术。但是与国外有一定的差距。预处理能耗高于国外30-50%;纤维素酶活力只有国外的30-50%倍,纤维素酶的生产成本高于国外50-100%;木质素降解酶类如漆酶还没有商业化产品,酶活也较国外低30-80%;秸秆糖水解率偏低仅为国外的70-90%;木质素降解酶类如漆酶还没有商业化产品。 

  2012年国家发布的《生物产业发展规划》也明确把“突破纤维素乙醇原料预处理、低成本水解糖化关键技术瓶颈”作为生物产业的主要任务之一。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》明确将“可再生能源的低成本规模化开发利用”列为优先主题,并突出发展生物能源。201710月,国家发展改革委,国家能源局,财政部等十五部门联合印发《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的试点方案》。到2025年,力争纤维素乙醇实现规模化生产,先进生物液体燃料技术,装备和产业整体达到国际领先水平。我国《国家可再生能源中长期发展规划》中也明确提出:“从长远考虑,要积极发展以纤维素类生物质为原料的生物燃料技术;到2020年,生物燃料乙醇年利用量达到1000万吨。生物质糖需要量近2500万吨。因此,通过集成创新生物炼制技术,高效利用农作物秸秆原料,完全符合国家战略需求,对空气污染物和温室气体减排有着重要的意义,同时还能够起到调整农业产业结构,为农村开辟新兴产业,有效延长农业产业链,增加农村就业机会和农民收入,以及增加能源供给的多样性,保障国家能源安全。 

  市场前景 

  发展生物质糖平台,以生物质糖为原料生产的燃料、化学品和材料等是实现我国农业和工业可持续发展的重要前提。我国是发酵第一大国,各类发酵产品的生产消耗了大量的粮食,发酵工业产品产量近2000 多万吨,消耗粮食近5000 万吨。另外,全球目前仅满足燃料乙醇(约6000万吨)生产,我国《国家可再生能源中长期发展规划》中也明确提出:“从长远考虑,要积极发展以纤维素类生物质为原料的生物燃料技术;到2020年,生物燃料乙醇年利用量达到1000万吨。需要生物质糖近2500万吨。因此这两项的生物质糖需求量达到7500万吨以上。而使用淀粉、单糖、二糖作为可再生的生物资源替代石化资源一方面生产成本很高,另一方面严重影响国家的粮食安全。因此,发展以木质纤维素为原料的生物质糖产业有着重要的应用前景。 

  我国是农业大国,据统计,每年农作物秸秆的产量就接近7亿吨。但由于利用水平和能力的限制,秸秆大部分以堆积、焚烧等形式直接倾入环境,不仅极大地污染了环境,也造成了资源的浪费。因此,有效利用这一丰富的资源生产秸秆糖,有着巨大的经济效益和社会效益。 

  技术特点 

  木质纤维素是地球上储量最为丰富可再生资源,主要应用生物燃料、生物基化工原料等领域。但由于其化学成分及结构复杂性,到目前为止其转化利用率仍然很低,其主要瓶颈问题在于木质纤维素水解酶活性较低以及其预处理条件剧烈且生产成本高。本项目耦合生物仿生、过程工程、分子生物学以及计算数学等多学科交叉技术,建立由以连续汽爆及自由基为核心的连续汽爆原料预处理技术、结合诱变及高通量筛选技术的菌种选育改造技术、以数学模型为基础的智能发酵技术,底物特异强的酶系复配等生物质转化利用关键技术体系,实现由生物质到可发酵糖低成本高效转化并组成完整的秸秆糖化工艺包。主要包括:①基于两阶段变温连续汽爆预处理工艺,吨秸秆预处理成本低于200元,且抑制物浓度极低。②基于里氏木霉RUT C30的诱变的高纤维素酶活菌种DES-15,滤纸酶活力高,产酶速率快,可以达到250FPA/l*h;以及高β-葡萄糖苷酶活性桧状青霉H16,β-葡萄糖苷酶活性达100IU/ml以上;③通过基于多尺度数学模型控制的产纤维素酶菌种先进发酵工艺以及基于底物特异性的酶系复配工艺,酶活达40FPU/mL,吨发酵液成本1000元左右,达到国内领先水平; 

  对于上述技术,本实验室已经由20多个专利形成对该技术的完成保护。 

  投资与效益分析 

  生产吨秸秆糖(520%糖液)成本低于2700元,其中预处理成本800元,纤维素酶成本900元,秸秆原料成本预计在700元,浓缩成本200元。本项目符合国家战略需求,以秸秆糖为原料生产燃料、化学品和生物材料等可缓解废弃物及化石资源带来的资源紧张和环境污染压力,可实现经济社会的可持续发展,在二氧化碳减排贡献中发挥主导作用。 

  研究阶段 

  中试阶段 

  发布及更新时间    

  2018年5 

    联系电话

    022-84861990

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