新能源体系之：生物质转化技术与应用研究进展-第2页-北极星固废网

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1.1.2生物质热裂解技术

生物质热裂解是利用热能切断大分子量的有机物、碳氢化合物，使之转变成为含碳数更少的低分子量物质的过程，包括大分子的键断裂、异构化合小分子的聚合等反应。最后生成各种较小的分子。其中主要产品可通过控制反应参数，如温度、反应时间、加热速率、活性气体等加以控制。低温慢速裂解一般在400℃以下，主要得到焦炭(30%)；快速热裂解是在500℃，高加热速率(1000℃˙s-1)，短停留时间的瞬时裂解，主要得到气体产物(80%以上)。

在生物质热裂解的各种工艺中，不同研究者采用了多种不同的试验装置，然而在所有热裂解系统中，反应器都是其主要设备，因为反应器的类型及其加热方式的选择在很大程度上决定了产物的最终分布，所以反应器类型的选择和加热方式的选择是各种技术路线的关键环节。反应器可分为机械接触式反应器、间接式反应器、混合式反应器和真空热裂解反应器4类。

1.1.3生物质液化技术

生物质液化是在低温(250～400℃)及高的反应气体压力(15MPa)下将生物质转化为稳定的液态碳氢化合物，可分为直接液化和间接液化。直接液化是在高温、高压和催化剂的共同作用下，在H，CO或其混合物存在的条件下，将生物质直接液化生成液体燃料。间接液化一般是先将生物质转化为适合化工生产工艺的合成燃料气，再通过催化反应合成碳氢液体燃料。生物质液化技术是最具有发展潜力的生物质能利用技术之一。国外已有多家机构开展了生物质液化的研究，并取得了阶段性成果。

1.2生物质生物化学转化技术

1.2.1生物质厌氧发酵技术

厌氧发酵是指在隔绝氧气的情况下，通过细菌作用进行生物质的分解。将有机废水(如制药厂废水、人畜粪便等)置于厌氧发酵罐(反应器、沼气池)内，先由厌氧发酵细菌将复杂的有机物水解并发酵为有机酸、醇、H2，CO2等产物，然后由产氢产乙酸菌将有机酸和醇类代谢为乙酸和氢，最后由产CH4菌利用已产生的乙酸和H2，CO2等形成CH4。可产生CH4(体积分数为55%～65%)和CO2(体积分数为30%～40%)气体混合物。埋在填埋场的城市废弃物的厌氧发酵产生的沼气，若不进行回收利用，垃圾填埋场产生的沼气最终将进入大气。若将开有小孔的管道插入到填埋场，可以将填埋场产生的沼气抽出作为能源使用，还可避免沼气逸入大气而加剧大气温室效应。垃圾填埋场经过特殊设计，可有利于厌氧发酵。在填埋垃圾之前，可预先铺设收集气体的管道，使气体产量得以优化。

许多专性厌氧和兼性厌氧微生物，如丁酸梭状芽孢杆菌、拜式梭状芽孢杆菌、大肠埃希式杆菌、产气肠杆菌、褐球固氮菌等，能利用多种底物在氮化酶或氢化酶的作用下将底物分解制取氢气。底物包括：甲酸、丙酮酸、CO和各种短链脂肪酸等有机物、硫化物、淀粉纤维素等糖类。这些物质广泛存在于工农业生产的污水和废弃物中。厌氧发酵有机物产氢的形式主要有2种：一是丙酮酸脱氢系统，在丙酮酸脱羧脱氢生成乙酰的过程中，脱下的氢经铁氧还原蛋白的传递作用而释放出分子氢；二是NADH/NAD平衡调节产氢，当有过量的还原力形成时，以质子作为电子沉池而形成氢气。

研究发现，在产氢过程中反应器的pH值在4.7～5.7之间时生物质产氢率最高，其体积含量约60%左右。另外，分解底物的浓度对氢气的产量也有很大的影响。厌氧发酵制氢的过程是在厌氧条件下进行的，因此氧气的存在会抑制产氢微生物催化剂的合成与活性。由于转化细菌的高度专一性，不同菌种所能分解的底物也有所不同。因此，要实现底物的彻底分解并制取大量的氢气，应考虑不同菌种的共同培养。厌氧发酵细菌生物制氢的产率较低，能量的转化率一般只有33%左右。为提高氢气的产率，除选育优良的耐氧菌种外，还必须开发先进的培养技术才能够使厌氧发酵有机物制氢实现大规模生产。

1.2.2生物质水解发酵技术

乙醇可以从含有糖、淀粉和纤维素的生物质制取。乙醇最主要的原料是甘蔗、小麦、谷类、甜菜、洋姜、木材。生物质原料的选择很重要，因为原料价格构成了最终产品乙醇销售价的55%～80%。乙醇的生产过程(发酵流程)为先将生物质碾碎，通过催化酶作用将淀粉转化为糖，再用发酵剂将糖转化为乙醇，得到的乙醇体积分数较低(10%～15%)的产品，蒸馏除去水分和其他一些杂质，最后浓缩的乙醇(一步蒸馏过程可得到体积分数为95%的乙醇)冷凝得到液体。

通过蒸馏可将乙醇提纯，1t干玉米可以生产450L乙醇。乙醇可用于汽车燃料。发酵过程中产生的固体残留物可为发酵过程提供热量，因为在蒸馏阶段需要很多热能，特别是对于生产乙醇体积分数为99%以上的复杂蒸馏过程。残留物也可作为动物饲料。对于蔗糖，其残留物可作为锅炉燃料或者是气化原料。淀粉类生物质通常比含糖生物质便宜，但需要进行额外的处理。由于存在长链的多聚糖分子以及将其通过发酵转化为乙醇之前需要酸化或者是酶化水解，木质纤维素生物质(木材和草)的转化较为复杂，其预处理费用昂贵，需将纤维素经过几种酸的水解才能转化为糖，然后再经过发酵生产乙醇。这种水解转化技术目前正处于实验研究阶段。

原标题：新能源体系之：生物质转化技术与应用研究进展

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