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生物炼制:可持续发展新模式


2016年08月19日 13:51:41 稿源: 光明日报 发表评论
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提到生物质,也许你能马上联想到我们餐桌上的粮食、房间里的木质家具、公园里的鲜花绿草,等等。但你是否知道,我们可以拿这些再普通不过的生物质,甚至是农林废弃物,比如秸秆来替代石油,生产汽油、柴油、服装、药品、高性能材料吗?

这就是生物炼制——以地球上可不断再生的生物质为资源,通过化工与生物技术相结合的加工过程,将其转变为能源、化学品、原材料等,使其能够部分或者全部替代石化炼制的产品链条。简单地说,这是一种可以改变我们生产和生活的可持续发展新模式。

与石化炼制相比,生物炼制在原料选择及加工方式上发生了根本转变。地球上蕴含着极为丰富的生物质资源,如遍布陆地的植物以及遍布海洋的微藻等,这些生物质资源是可再生的,取之不尽、用之不竭。而生物质在加工生产的过程中产生的二氧化碳,又可以作为植物光合作用的原料被消耗掉,因此整个过程是一个可循环的生态工业过程,理论上可以实现碳的零排放。

那么,生物炼制是如何进行的呢?以我们比较熟悉的玉米为例,玉米全身都是宝,无论是玉米粒籽还是秸秆、穗轴都可以用作生物炼制的原料。玉米粒籽富含淀粉、蛋白质和油脂,玉米秸秆富含纤维素、半纤素等碳水化合物。通过现代化学加工的方法,可以将玉米蕴含的这些成分进行分离,获得淀粉、纤维素、半纤维素、木质素、油脂和蛋白质等基础原料。

这些基础原料既可以直接作为产品,又可以进一步深加工。其中淀粉、纤维素、半纤维素等碳水化合物进一步在酶催化或者化学催化的作用下分解成五碳糖和六碳糖,这两类糖可以直接作为微生物发酵的原料合成二碳到六碳的平台化合物,如乙醇、乳酸、丁二醇等。木质素可以作为原料通过化学催化生成芳烃类化合物。二碳到六碳的平台化合物及芳烃类化合物又可以作为基础的化工原料,通过现代的有机化学工业体系合成纤维、塑料、橡胶、医药品、化肥、农药等。玉米油脂可以在脂肪酶的催化下合成生物柴油。生物柴油、乙醇、丁醇等可以作为能源产品,用作燃料供汽车、飞机及轮船等使用。由此可见,经过生物炼制,小小的玉米将变成一个资源宝藏,生产出传统上由石油才能炼制出的各种产品。

玉米只是众多生物质资源中的一种,目前化学化工专家们正在瞄准其他更丰富的生物质资源作为生物炼制的原料,例如非粮农作物、大量废弃的农作物秸秆、甘蔗渣、林业废弃物、微藻等。通过这些资源的开发,能够在保证粮食资源安全的前提下,实现生物炼制的快速发展。

世界各个国家也在紧锣密鼓地制定各自的生物炼制路线图,实现化石经济到生物经济的转变。可以想象,在不久的将来,以可再生生物质资源和清洁的加工方式为基础的生物炼制,可以从根本上转变我们对资源的加工和利用过程,实现工业与生态的协调发展。

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