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新技术提高生物燃料生产效率

2019-06-20 17:54:18
详细介绍

近日,美国北卡罗来纳大学的研究人员开发了一种新技术,极大提高了利用木本植物制造生物燃料的效率。研究人员称,该技术标志着人类向具有商业价值的生物燃料技术又迈进了一大步。新技术让生物燃料的生产廉价。同时,它将富含木质素的植物变成了有利可图的生物燃料原材料,极大程度地降低了生物燃料对玉米等主要粮食作物的依赖。

如果利用传统方法生产乙醇、丁醇等生物燃料,生产厂家通常会使用玉米、甜菜等作物作为原材料,因为它们淀粉或单糖含量高。然而,由于这些作物也是主要的粮食作物,会对人类的粮食供应造成很大威胁。其他非食用类原材料包括柳枝稷、不可食用的玉米秆等。但开发商在利用这些非食用类原材料生产生物燃料时发现,它们的潜能都被“锁”在了植物的木质素中。木质素存在于木质组织中,主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁。木质素主要位于纤维素纤维之间,起抗压作用。在木本植物中,木质素占25%,是世界上丰富的有机物(纤维素是头一位)。由此看来,木质素在自然界的含量极为丰富,但同时由于结构坚韧,很难分解利用。

因此分解木质素、释放里面的碳水化合物就成了利用它生产生物燃料不可避免的头一步。此前,研究人员在分解木质素的过程中都会使用刺激性很强的化学制剂,将木质素分解成富含碳水化合物的物质以及液态垃圾。随后,碳水化合物在酶的催化下转变成糖类,发酵制造乙醇或丁醇等。这一传统技术的不足之处在于,许多碳水化合物会随着液态垃圾流失,降低生物原材料利用率。要想提高原材料的利用率,就在这一过程中加入额外的程序,在碳水化合物流失之前将其寻回,但要做到这一点很难,而且成本会相应提高。

另辟蹊径,找到了另外一条释放木质素中碳水化合物的方法:将木质素暴露在气态臭氧中。由于木质素中水分含量少,这样的方法可以生产出含糖量极高的固态物质,同时几乎不会产生任何固态或液态形式的垃圾。该方法能地降解木质素,而且基本不会造成糖类流失。生成的固态物质能直接被酶催化成糖,用于生产生物燃料。虽然技术本身的成本要比传统刺激性化学制剂高,但总体而言,成本效率要比后者高出很多。

目的是让该技术能适用于所有植物,生产以这些植物糖类为原料的任何品种的生物燃料以及相关产品。