以制漿造紙產業為平臺的生物煉制新模式

 

　　1、木質生物質煉制的研究概況

 

　　統計資料表明，全球植物每年產生的纖維素、半纖維素總量可高達8.5×1010t干物質，這是一個巨大的能源庫和物質庫，以能量換算，相當于目前石油年產量的15-20倍。

 

　　中國石油和化學工業協會有關專家認為，糧食和木薯等只是中國生產燃料乙醇的過渡性原料，開發以秸稈為代表的木質生物質燃料乙醇的規模化工業技術，是解決燃料乙醇原料有限、成本高的根本出路。

 

　　針對纖維素發酵乙醇成本高的問題，提出了秸稈分層多級轉化液體燃料的新構思，以秸稈“組分分離、分級定向轉化”為核心，將生物轉化和熱轉化有機結合，多級轉化生產燃料乙醇與生物油的復合水解發酵工藝，產業化前景看好。

 

　　2、半纖維素水解產物的利用是木質生物質煉制技術關鍵之一

 

　　(1)半纖維素排列松散，無晶體結構，很容易被水解為戊糖(以木糖為主的五碳糖)和己糖(主要是葡萄糖)。而這些戊糖一般不能被通常的釀酒酵母發酵成酒精。

 

　　(2)與從淀粉和蔗糖轉化來的單一葡萄糖相比，木質生物質衍生的水解物中常含有不利于發酵的抑制劑如醋酸和糠醛等，當濃度較高時，需要采用工藝除去或者開發超強菌株來解決這個難題。

 

　　目前，能同時發酵戊糖和己糖的菌種也已發現和改良，并能夠達到較高的產率。

 

　　3、制漿造紙工業是木質生物質煉制的大平臺

 

　　⑴清潔生產是制漿造紙工業轉型的原動力

 

　　制漿造紙過程能利用的成分是纖維素纖維和少量的木質素和半纖維素。化學法制漿過程中，原料的20%—30%會以半纖維素和木素的形式溶解在廢液中，既增加污染負荷，又浪費這部分可以進一步煉制的生物資源。盡管這些廢液通過燃燒產生蒸氣和發電，也可得到用來制漿的化學藥品，如NaOH和Na2S，但半纖維素和木素的燃燒值都很低，分別為13.6MJ/kg和27MJ/kg。如果將這些半纖維素和木素都轉化為新的生物質產品如聚合物則可以大大提高其附加值。

 

　　⑵制漿造紙工業具有的生物煉制基礎

 

　　在現有工業體系中，制漿造紙工業在木質生物質化學水解領域已有較好的實踐。將工業制漿方法和木質生物質水解反應體系結合起來是一種化學制備可發酵糖的有效途徑。

 

　　生物煉制過程對植物有效成分的提取與制漿過程的工藝有類似之處。制漿造紙工業為了獲得良好的纖維紙漿，從提高紙漿得率、節約藥品消耗和降低能耗等制漿過程工藝優化角度，對原料中的纖維素纖維、木質素、半纖維素及其他一些組分的化學組成、結構特性、分離機理以及原料的預處理進行了長期研究并擁有完善、系統的理論基礎。

 

　　將傳統的化學漿廠變成一個聯合的生物煉制廠提供了很好的機遇和平臺，使制漿造紙企業獲得紙漿和紙之外，還可以生產高附加值的燃料和化學藥品(如乙醇、碳纖維、聚合物、煤油和生物柴油等)。這些產品都來自半纖維素和木素，而不是來自于纖維素。這種經營模式是將來制漿造紙工業可持續發展的趨勢和必由之路。

 

　　⑶制漿過程實現生物煉制的重要途徑是原料抽提預處理

 

　　現有制漿造紙企業實現生物煉制主要有以下技術路線：制漿前的原料進行抽提預處理，利用抽提液組分生產乙醇、化學品和結構材料;黑液氣化;木質素沉積和從塔羅油提取生物柴油。