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中石化破除纤维素制乙醇障碍

来源:-     发布时间:2014-8-22 14:19:20
 
  随着秋季临近,中国各地田地间焚烧秸秆的场景又将再次上演。以秸秆等农林废弃物为原料的纤维素制乙醇技术,符合我国绿色低碳和节能减排的战略,也符合中石化“发展绿色产业,走低碳发展道路”的企业发展战略。  
  焚烧秸秆不仅会产生大量烟尘,影响周边道路交通并引发雾霾,甚至还曾造成人员伤亡的恶性事件。  
  事实上,秸秆等农林废弃物是纤维素制乙醇的重要原料。近日,国家能源局局长吴新雄在全国“十三五”能源规划工作会议上就提出,要积极发展包括生物质能等可再生能源,加强先进生物质能技术攻关和示范,重点发展新一代非粮燃料乙醇等。不过,可避免“与人争粮”、以纤维素等非粮为原料的第二代燃料乙醇技术在中国尚处于研究和实验阶段。  
  近日,从中国石油化工集团公司(以下简称中石化)获悉,历时7年、投入上百人,中石化与合作伙伴的研发团队已形成了全套纤维素制乙醇生产技术。  
  纤维素制乙醇前景看好  
  燃料乙醇是生物质能的一种,具有可再生和环境友好等双重属性,是唯一可存储和运输的可再生能源。  
  目前,欧美发达国家及巴西等发展中国家已经广泛使用燃料乙醇。我国于2001年开始试点使用燃料乙醇,现已成为世界上继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国和应用国。  
  随着燃料乙醇产业的快速发展,以粮食作物为原料的第一代燃料乙醇引起的全球粮食安全问题日益突出。在此情形下,国际能源巨头纷纷重新开始发展以农林废弃物等木质纤维植物为原料的第二代生物燃料技术,希望以此取代第一代燃料乙醇,极大地缓解燃料乙醇对粮食安全的威胁。  
  中石化上海工程有限公司医药工艺室工程师陈栋告诉《中国科学报》记者,纤维素制乙醇技术是以秸秆等农林废弃物为主要原料生产燃料乙醇的技术,与以第一代燃料乙醇相比,第二代燃料乙醇具有不与人争粮、不与粮争地等诸多优势。  
  据统计,我国秸秆等农林废弃物资源非常丰富,每年可收集的秸秆总量约7亿吨,除去用于造纸、饲料、造肥还田及收集损失外,按照剩余20%秸秆估计,每年约有1.4亿吨秸秆可用于生产乙醇。  
  按照5吨秸秆产1吨乙醇,潜在的以秸秆为原料的纤维素制乙醇年产量可达到2800万吨,这对减少我国原油进口依赖,保障我国的能源安全将会起到非常大的作用。  
  “不过,纤维素制乙醇技术主要掌握在法国、丹麦、意大利和美国等国的公司手中。”陈栋说。与欧美等国相比,我国的纤维素制乙醇技术尚处于研究和试验阶段,未形成商业化模式。 
  破除障碍  
  纤维素制乙醇技术的突破究竟卡在何处?陈栋告诉记者,纤维素制乙醇技术所需解决的技术难题包括预处理、酶解、戊糖己糖共发酵以及废水处理等4个方面。目前在预处理方面,开发高效、低抑制物、低能耗和环境友好预处理工艺技术和开发大型自动化连续预处理装置,是突破这一技术难题的关键。  
  在酶解方面,筛选高活力的产酶菌株,提高酶解底物浓度和酶解效率,开发大型连续酶解反应器,成为酶解技术所需重点解决的关键问题。 
  “获得高效的、耐抑制物的、低成本扩培的戊糖己糖共发酵菌株也是必须面临的挑战。”陈栋说。  
  此外,在废水处理方面,纤维素制乙醇的废水属于高COD和高盐浓度废水,废水处理的难度较大。因此,需要筛选耐高盐浓度的菌种,开发出耐高COD和高盐浓度的废水处理技术。  
  为解决预处理、酶解、戊糖己糖共发酵以及废水处理等关键环节的一系列技术难题,中石化于2007年组建了由上海工程有限公司牵头,中石化抚顺石油化工研究院、北京化工大学、南京林业大学、南京工业大学等参与的纤维素制乙醇技术研发团队,对纤维素制乙醇全套关键技术进行集成攻关。
  
  2009年中石化又与中粮集团、诺维信公司签署战略框架协议,共同对中粮集团原有中试装置进行系统性改造,并开展中试验证工作。去年底中石化技术团队完成年产5万吨纤维素制乙醇工艺包开发,可为万吨级示范装置的建设提供技术支撑。
  
  优势突出  
  中石化历经7年研究开发所形成的全套纤维素制乙醇生产技术,主要包括创新性连续化预处理技术和装置、高底物浓度酶解和连续酶解、构建木质纤维素糖基平台、三塔三效差压蒸馏工艺、三废处理和能量综合利用、新型生物产业战略等多项技术成果,而且已经完成年产5万吨纤维素制乙醇工艺包开发。共申请专利40件、授权28件,全套技术均具有自主知识产权。  
  以秸秆等农林废弃物为原料的纤维素制乙醇技术,符合我国绿色低碳和节能减排的战略,也符合中石化“发展绿色产业,走低碳发展道路”的企业发展战略,是中石化作为一个能源化工大公司的政治责任和社会责任,对保障我国能源安全和改善生态环境具有重大意义。  
  不过,尽管技术获得突破,但当前纤维素制乙醇的经济效益仍然不高。“这主要是由木质纤维素自身稳定的结构特性决定的,且目前乙醇的经济附加值并不很高。”陈栋说。  
  中石化相关科研团队对记者表示,要提高纤维素制乙醇经济效益,还需努力研制高效低成本的酶制剂和共发酵菌种,完善工艺,降低生产成本;创新原料收集模式,降低原料成本;开发高附加值的副产品。此外,国家也需要加大对以秸秆等原料生产纤维素制乙醇的扶持力度。 
         
 

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