玉米芯能做什么？司空見慣的一幕是，當玉米粒被吃完后，玉米芯就完全失去了利用價值。而如今，常常被丟棄的玉米芯已華麗轉身，一躍成為生物質能源的理想原料。
在近日舉行的第六屆中國工業生物技術發展高峰論壇上，山東大學微生物技術國家重點實驗室主任曲音波在向記者介紹玉米芯煉制生物燃料時興奮不已。由他領銜完成的“玉米芯廢渣制備纖維素乙醇技術與應用”項目不但突破了諸多技術瓶頸，而且還率先在國際上建成了用玉米芯年產3000噸纖維素乙醇的中試生產裝置和萬噸級的生產示范裝置，使生產成本接近了糧食乙醇生產水平。
構建生物煉制模式
隨著能源危機警鐘的敲響和節能呼聲的日益高漲，以生物質能為代表的可再生能源就成為全世界共同關注的焦點。
煤炭、石油等化石能源需要經過億萬年的轉化才可實現。而伴隨著生物煉制技術的不斷升級，將生物質資源轉化成能源則只需三五天的時間，因此，生物質能是石油等化石燃料的理想替代品。
不僅如此，生物質能還能夠實現碳平衡。由于生物質能的原料大部分來源于植物廢棄物，這些生物質資源在綜合利用的過程中，除了能轉變成大量的能源，排出的二氧化碳還可以被植物再次吸收，不會給環境增加任何額外的負擔，因此能夠最終實現碳平衡的效果。
此前，使用玉米、小麥為原料生產糧食乙醇和使用木薯、紅薯為原料生產非糧乙醇，因為存在“與人爭糧”、“與糧爭地”的先天不足，一直備受爭議。也正因為如此，業界發展以秸稈等農業廢棄物為原料的纖維素乙醇的熱情驟然升溫。
不過，在纖維素乙醇熱情高漲的同時，困難也接踵而來。轉化效率較低、成本高是妨礙其發展的主要障礙。
據介紹，生物質資源轉化的主流技術之一就是建立生物降解轉化的糖平臺，即將秸稈等纖維質原料經過預處理得到纖維素、半纖維素和木質素，再經過酶水解制得葡萄糖、木糖等，再經過發酵制成液體燃料和化學產品。
然而，將纖維素降解轉化存在很多難點，例如預處理效率不高、水解糖發酵性能差、發酵效能比較差、反應過程復雜等。雖然國內許多科研機構都在致力于纖維素酶的開發，也取得了一些進展，但也仍未能解決纖維素酶法生物轉化的根本問題。
“能從一個復雜的生物原料最終生產出液態燃料，質量很難過關，工藝又十分復雜，這導致很多企業做不下去。”曲音波說。
另外，目前國內外多數研究單位和企業都只試圖以秸稈等原料單純生產燃料乙醇一種產品，這使得原料、預處理所占的成本在總成本中的比例過高，而原料中的各種成分也未能被充分利用，這是導致纖維素乙醇工藝尚未能產業化的主要原因之一。
據了解，每生產一噸纖維素乙醇約消耗6噸以上秸稈，生產成本大多在8000元/噸以上，明顯高于當前糧食乙醇的成本。
對此，纖維素乙醇生產的突破口必須瞄向生物煉制，即必須學習石化工業的發展經驗，打破用生物質單純生產單一產品的傳統觀念，充分利用纖維原料中的每一組分，將其分別轉化為不同產品，以實現原料充分利用、產物多樣化、產品價值最大化。
玉米芯為理想原料
玉米芯是生產纖維素乙醇的理想原料。因為玉米芯比秸稈有更高的收集密度，解決了原料收集的一大難題。另外，玉米芯中的半纖維素，如木糖、低聚木糖、阿拉伯糖等，還可被抽出用于生產高附加值產品。
為了能將玉米芯“吃干榨盡”，提出了利用玉米芯粉碎后的木糖渣生產纖維素酶和燃料乙醇的新技術路線。
這種新工藝是利用木糖醇、低聚木糖等高附加值產品的生產過程，成功地將玉米芯中的纖維素、半纖維素、木素相互束縛的堅固結構變得松散，既可將原料和預處理成本轉移到高附加值產品的生產成本中去，又可在保障預處理效果的前提下，為下一步的酶解工藝提供易酶解的原料，提高了纖維素乙醇生產的經濟性。
“剩余的纖維素木糖渣不但可以生產乙醇等較高附加值的化工產品，其殘渣還可以制成木素產品、發酵廢液，甚至可以進行沼氣發電，從而形成產品多元化的合理產業結構。” 曲音波說。
不僅如此，以木糖渣作為主要培養基成分可就地生產出的粗纖維素酶發酵液，避開了酶制劑加工、運輸的較大成本增加，大幅度降低了纖維素乙醇生產的用酶成本。
目前，該技術已經在山東龍力生物燃料公司正式投產。據粗略統計，該公司用玉米芯廢渣生產燃料乙醇，每年約消耗玉米芯廢渣20多萬噸，節約汽油等燃料6萬噸，節約玉米20萬噸左右，為農民每畝增收100多元。
實現全株綜合利用
未來的遠景就是在完善萬噸級木糖相關產品——纖維素酒精聯產示范工廠的基礎上，科研人員進一步擴大原料品種，如玉米秸稈和麥稈等，同時擴大聯產產品，如化學品、飼料、紙漿、沼氣、二氧化碳等，建立植物全株綜合煉制技術示范企業。
“在原料豐富的農村地區建立生物煉制中心，使農作物全株收獲，經過分級分離和精細加工，最終實現全部利用。”曲音波說。
對于50年后的發展狀況作了這樣的展望：屆時將實現淀粉、糖類、纖維素、木素等生物質原料的全部利用，產品多元化，形成生物質煉制巨型行業，部分替代不可再生的一次性礦產資源，初步實現以碳水化合物為基礎的經濟與社會可持續發展。
責任編輯：任虹
