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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]。
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