纤维素乙醇行业就像一个嗷嗷待哺的婴儿，拥有美好的将来，但迫切需要实实在在的哺育。关键技术的突破才是其成功产业化的前提。
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■本报记者 李惠钰
如果把石油和煤炭称为“黑金”，那么取材于农林废弃物等生物质资源的新燃料就可以称之为“绿金”。在安徽丰原集团，“绿金”的地位就被放在了最高的位置。
作为国内较早涉足生物化工的企业，丰原集团目前已经突破了农作物秸秆转化为燃料乙醇的关键技术。不仅如此，他们还将继续深度挖掘这一从土地里“种”出来的绿色宝藏。
“纠结”的纤维素乙醇
因“与民争粮”，以玉米等粮食作物为原料的燃料乙醇，争议一直不断。近年来，生物燃料工业界继而把研究热点集中在开发商业上可行、由木质纤维素制造的纤维素乙醇。
纤维素乙醇所使用的生物质原料通常是玉米秸秆、玉米芯、小麦秆、甘蔗渣等农林废弃物。与传统汽油相比，纤维素乙醇可减少90%的温室气体排放。
“我国每年约产生1.5亿吨秸秆，如果全部转化为新能源，则可以产生相当于4500万吨石油的价值。”在丰原集团董事长李荣杰看来，面对充足的原料供应，纤维素燃料乙醇无疑面临着巨大的产业空间。
不过，虽然原料充足，但国内的纤维素乙醇产业却一直未能实现大规模的商业化开发。
丰原集团总工程师薛培俭表示，尽管木质纤维素原料本身非常廉价，但是将其转化成乙醇的工艺过程却非常复杂，需要消耗大量能耗，因此该工业一直徘徊在大规模商业化的大门之外。
“目前，纤维素乙醇不能产业化是由各种综合因素造成的，主要原因之一就是木质素不能得到高效利用，既造成了资源的浪费，又给环境带来了巨大的压力。”薛培俭说。
在他看来，纤维素乙醇行业就像一个嗷嗷待哺的婴儿，拥有美好的将来，但迫切需要实实在在的哺育。
好在，丰原集团已经意识到，面对纤维素乙醇这一意义重大但又非常复杂的系统工程，关键技术的突破才是成功产业化的前提。
攻关发酵技术
多位专家曾对记者表示，秸秆能源化的瓶颈主要有两处：一是没有找到或组合出可高效水解纤维素的酶，从而无法使廉价的秸秆一次完成预处理；二是没能培育出高效转化由半纤维素转变而来的木糖的发酵菌种。
为了破解上述技术难题，丰原集团联合天津大学、江南大学和中科院等离子所共同出资建立了国家级发酵技术工程研究中心，加大对菌种技术、发酵技术、分离提取技术等方面的研究力度。
作为该研究中心的主任，薛培俭表示，他们采用廉价培养基并通过酶制剂菌株的诱变、驯化与筛选以及工艺条件的优化等各种手段，已经大幅提高了纤维素酶的活力，并降低制酶成本。目前每生产一吨纤维素乙醇，酶成本约为1000元，完全是产业化可以承受的生产成本。
另外，研究人员还选育出既能利用五、六碳糖混合发酵生产乙醇，又可分别利用五碳糖和六碳糖单独发酵的菌株，混合发酵生产乙醇的糖转化率达到42%，半纤维素和纤维素的利用率分别达到70%和80%以上。
通过优化预处理工艺，他们还将酶解糖浓度提高到12%以上，每吨玉米秸秆可产糖450公斤，其中可发酵糖占90%。
不仅如此，针对半同步糖化发酵过程中流体变化特征，研究人员通过改造现有设备，研制出半同步糖化发酵耦合生物反应器，实现发酵液由非牛顿流体状态到牛顿流体状态的有效过度，并高效生产燃料乙醇。
薛培俭称，丰原集团在以碱法预处理为主的木质素高效脱除工艺、高活力纤维素酶的规模化制备、新型生物反应器的开发等方面都取得了突破性进展。这些新工艺不仅能够高效利用纤维素，而且还大大降低了秸秆转化为能源的成本。
试验显示，依照目前的转化技术，每4吨秸秆（玉米秸秆、麦草秸秆等）就可生产一吨燃料乙醇，如果每吨秸秆按400元计算，其全部生产加工成本比每吨玉米转化成燃料乙醇的成本低300多元。
据了解，“十一五”期间，丰原集团联合合肥工业大学、华南理工大学等研究团队，承担了国家级科技支撑计划项目“农作物秸秆生物转化制备燃料乙醇”课题，并建立了以玉米秸秆为原料年产3000吨燃料乙醇的中试装置，目前已成功进行了试运行。
现阶段，丰原集团还与中科院广州能源研究所、广西科学院共同申报了科技部“十二五”科技支撑计划课题“蔗渣水解液态发酵生产燃料乙醇关键技术与示范”，该课题也正在进行当中。
“吃干榨尽”降成本
“国内外采用的秸秆预处理工艺多为酸法、碱法、蒸汽爆破等，均不能有效将秸秆中的木质素、半纤维素和完全纤维素分离。”薛培俭说，丰原集团虽然取得了一定的科技成果，但是经济性距离大规模化、商业化生产还仍有一定差距。
这种差距的原因就是，所采用的高温低浓度的预处理工艺，不能将木质素、纤维素、半纤维素分离彻底。特别是将半纤维素降解为五碳糖，纤维素降解为六碳糖，然后混合发酵生产燃料乙醇，发酵周期长、乙醇浓度低、能耗高，因而不具备经济性。
在薛培俭看来，利用木质素组分特别是含木质素废渣、废液制成的高附加值化学品，是降低纤维素乙醇工业成本的经济环保的根本办法。
丰原集团也正试图将秸秆等原料“吃干榨尽”，除了开发燃料乙醇，还将利用木质纤维素开发更具高附加值的产品。
据他介绍，对于高附加值产品的研发和生产，丰原集团目前已经形成了五大类系列产品，包括色氨酸、谷氨酸等氨基酸类产品；木糖醇、阿拉伯糖等糖醇类产品；柠檬酸、苹果酸等有机酸系列产品；透明质酸、唾液酸等多糖类产品；古龙酸、维生素C等维生素系列产品。
而对于纯度较高的木质素，也可以改性开发出酚醛树脂、橡胶涂料染料化工等化工产品。
可以说，利用秸秆不仅可以生产出燃料乙醇，还可转化生产出生物基乙烯、聚乳酸生物可降解塑料、纺织品原料聚乳酸聚酯、无毒增塑剂、油漆涂料的无毒溶剂等新型生物能源和生物材料，具有极高的经济社会价值和极好的开发利用前景。
薛培俭表示，未来3到5年，丰原集团还将利用自身研发中心的技术优势和项目储备，对现有产业进行升级改造，实现高技术产品的产业化。
《中国科学报》 (2013-06-19 第8版 能源)
