【深度好文】生物质发电靠农民“种”出来前景如何？-第3页-北极星火力发电网

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3.1原料多元化

地球上不同地区的多样化气候和土壤条件，形成了多样化的植物种类，因为可以使用多种不同的原料，采用多种不同的形式，生物质能源的地域适应性才更好，是唯一能全面替代化石能源的资源。由于生物质原料的多样性，因此在产品设计时，不仅要考虑产品本身的用途，还必须选择相应的植物原料及转化途径，要把产品、原料和生产过程有机地联系在一起[9]。

生物质原料是生物质产业之本，包括废弃生物资源(农林废弃物、禽畜粪便、有机垃圾、有机废水等)、专用能源作物(木薯、甘薯、甜高粱、菊芋等)、专用能源植物(黄连木、麻风树、油桐、文冠果、光皮树、乌桕等)。农作物秸秆是最具有代表性的木质纤维素资源。秸秆和木材同属于木质纤维素，都由纤维素、半纤维素和木质素组成，然而两者在结构和化学组成上却有较大的差异，其转化特性也不同(表1)。

传统的生物转化过程把秸秆作为性质单一的原料，主要利用秸秆中的纤维素，使得秸秆的高值转化难以适应工业化的要求。为解决在秸秆转化过程中采用单一的生物转化方式所存在的问题，充分认识秸秆性质的不均一性是非常重要的。这种思想可将生物转化技术与秸秆组分分离技术有机结合起来，避免在秸秆原料转化为液体燃料的研究上，套用或沿用木材的技术，从而有利于实现秸秆生物量全利用，并可大大降低秸秆的转化成本。笔者所在的课题组经过长期探索发现，麻类作物的纤维细胞长，适于生产纺织纤维;玉米秸秆的纤维细胞短，半纤维素含量高，适于生产纤维素酶、聚醚多元醇、酚醛树脂或者酶解发酵乙醇;稻草、麦草等的纤维细胞较长，适于造纸及生产丁醇和酚醛树脂;阔叶木片的木质素含量高、半纤维素含量低，适于开展木质素与纤维素的综合利用。

3.2产品多元化

生物质可以与化石资源一样被用来生产化工原料等物质性产品(图3)。生物质原料组成丰富，不同原料组分差别很大，如农作物秸秆的主要组分为纤维素、半纤维素和木质素，薯类的主要组分为淀粉，而油料作物种子则以油脂为主要组分。但归纳起来植物原料主要有4种基本化学物质：碳水化合物(糖、淀粉、纤维素和半纤维素)、木质素、脂类和蛋白质，包括多种物质，并含有羟基、羰基、苯环等含氧基团，与石油原料只含—(CH2)n—线性聚合结构相比较，能提供生物燃料等生物质能源以外更多的开发新产品的机会，更有利于进行化学改造、生产各类化工产品。

通过不同的技术，生物质可以转化成不同的产品。生物质可以直接燃烧或发电，可以气化发电或供气，可以转化为生物燃气(沼气、生物氢气)、生物燃料(生物乙醇、生物柴油、生物丁醇、生物油、固体成型燃料)，还可以转化为生物材料与化学品(乳酸、聚乳酸)等。具体哪种利用途径好，需要具体问题具体分析。石油也是根据不同的市场需要，经加热蒸馏、催化裂化、加氢裂化等工艺生产出汽油、柴油等燃料和乙烯、丙烯等化学品[12]。因此，随着生物质资源开发利用技术的不断进步，生物质能源必将在人类的生活中发挥重要的作用。

3.3生物技术转化路线

生物质转化的途径中，生物技术路线转化法因性质温和、对环境后续影响低、温室气体排放少，成为生物质产业研究开发的重点之一(图4)。以生物质能源的生产为例，生物质资源预处理后水解为单糖，利用微生物复杂的酶系和一系列的生物化学代谢途径，将单糖转化为生物能源，如生物乙醇、生物丁醇、生物氢气、生物天然气等，以及生物基化学品如乳酸、柠檬酸[13]。

由于生物质原料的生物构造和化学组成的复杂性造成直接水解发酵的效果很差，如秸秆必须经过适当的预处理，破坏木质素的包裹作用以及纤维素的结晶结构才能得到较高的单糖得率，因此，原料的预处理技术是生物质有效利用过程中的一个关键技术。现有常用的预处理方法很多，其中蒸汽爆破法具有处理时间短、不用或少用药品、节能环保、无回收工艺等优点，是一种较为理想的预处理技术。陈洪章研究员的课题组以自主研发的无污染蒸汽爆破预处理技术为平台，结合机械筛分，可以同时实现秸秆纤维素、半纤维素、木质素各组分的充分利用，而且大幅度降低了秸秆转化过程中的生产成本。在实验室研究基础上，该技术通过改进实现了工程放大，目前已经达到50m3的规模[14]。

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原标题：生物质产业关键技术突破与产业前景

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