玉米芯可能成為中國(guó)纖維乙醇的中流砥柱

　　根據(jù)美國(guó)科學(xué)家的研究報(bào)道“玉米芯的生命周期能耗與溫室氣體排放”一文指出，在中國(guó)，通常被丟棄的農(nóng)作物副產(chǎn)品——玉米芯有可能成為未來(lái)的燃料的主要原料，整個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程有助于降低全中國(guó)的溫室氣體排放。這是一篇2018年6月發(fā)表在《生物燃料、生物制品和生物精煉，Biofuels Bioproducts&Biorefining》雜志上的，由愛(ài)荷華州立大學(xué)能源政策研究員王宇（音譯）研究。

　　目前學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)和主題主要為秸稈乙醇，已經(jīng)有秸稈乙醇溫室氣體（GHG）排放的生命周期評(píng)估，但缺乏對(duì)玉米芯乙醇的此類(lèi)評(píng)估。王宇團(tuán)隊(duì)首次以中國(guó)玉米芯乙醇的生命周期能耗和溫室氣體排放為主題，分析了玉米芯作為未來(lái)燃料乙醇的優(yōu)勢(shì)，指出玉米芯在轉(zhuǎn)化為燃料乙醇方面，比秸稈具有更高的半纖維素和更低的木質(zhì)素，其利用率要高于秸稈。通過(guò)使用GREET（Greenhouses gases, Regulated Emissions, and Energy use in Transportation）模型估算玉米芯乙醇的生命周期、能耗和碳排放來(lái)填補(bǔ)這一空白。結(jié)果顯示采用化石燃料從油井到泵的評(píng)估模式（well-to-pump，WTP）生產(chǎn)乙醇的消耗為0.51-0.84 MJ/MJ-1，生產(chǎn)乙醇溫室氣體排放量為39.44-49.97 gCO2eq/MJ，其中大約90％用于乙醇的轉(zhuǎn)換過(guò)程。研究者們還發(fā)現(xiàn)，用玉米芯生產(chǎn)一兆焦乙醇需要約0.52MJ能量，而用玉米粒生產(chǎn)同樣多乙醇則需要0.74MJ能量。如果采用玉米芯中的葡萄糖和木糖共同發(fā)酵轉(zhuǎn)化乙醇，將比WTP模式將減少10％的能量消耗，溫室氣體排放量將降低約20％。研究以中國(guó)使用火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)輛為代表，發(fā)現(xiàn)混合動(dòng)力和插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的排放量比內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)（ICEV）低18-20％，使用E85的靈活燃料汽車(chē)對(duì)ICEV的WTP排放量相似。

　　玉米芯是由30~45%纖維素和30~35%的半纖維素組成。玉米芯加工生產(chǎn)燃料乙醇需要經(jīng)過(guò)三個(gè)耗能過(guò)程，①原料收儲(chǔ)并運(yùn)送至工廠(chǎng)；②乙醇轉(zhuǎn)化過(guò)程，通過(guò)預(yù)處理需要破壞木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)的天然抗降解屏障（預(yù)處理、脫木素），使其通過(guò)糖化后變成可發(fā)酵糖，然后利用酵母發(fā)酵轉(zhuǎn)化為乙醇，通過(guò)精餾制備成無(wú)水乙醇；③乙醇運(yùn)輸至加油站；圖1所示。蒸汽爆破和稀酸預(yù)處理是工藝上常用的預(yù)處理方式，去木質(zhì)素的纖維素含有很高葡聚糖含量接近于玉米淀粉含量，氫氧化鈉堿處理后可以明顯增加水解效率達(dá)到70%以上。研究中指出1kg玉米可以生產(chǎn)出0.15kg的玉米芯副產(chǎn)品，在50km的半徑中，玉米芯在農(nóng)田中收集并儲(chǔ)存進(jìn)行干燥，然后通過(guò)卡車(chē)運(yùn)送到100km范圍的乙醇工廠(chǎng)，在1英畝（6.0702畝）收集范圍內(nèi)，可收集740kg玉米芯，收集需要消耗1300MJ能量。作者通過(guò)分析蒸汽爆破預(yù)處理，堿脫木素后的玉米芯原料，采用糖化發(fā)酵法為模式，用商業(yè)纖維素酶以纖維素發(fā)酵48h或綜纖維素酶解后發(fā)酵72h，分別可以達(dá)到理論轉(zhuǎn)化率的90%和94%。評(píng)估結(jié)果指出玉米芯從葡萄糖發(fā)酵生產(chǎn)1t乙醇過(guò)程中電消耗為2830MJ。然而這些能量和熱量可以通過(guò)預(yù)處理過(guò)程中分理出的木質(zhì)素進(jìn)行補(bǔ)償。1英畝玉米芯可產(chǎn)生750MJ能量（木質(zhì)素的熱效率可以達(dá)到18.878GJ/t的熱值），可以滿(mǎn)足預(yù)處理、水解、發(fā)酵和乙醇回收等設(shè)備的運(yùn)行，具體見(jiàn)表1。

　　中國(guó)發(fā)展可再生能源的十三五規(guī)劃指出到2020年實(shí)現(xiàn)600萬(wàn)噸生物燃料的生產(chǎn)目標(biāo)。2017年，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局等十五部門(mén)聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于擴(kuò)大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車(chē)用乙醇汽油的實(shí)施方案》，到2020年，在全國(guó)范圍內(nèi)推廣使用車(chē)用乙醇汽油，基本實(shí)現(xiàn)全覆蓋。到2025年，力爭(zhēng)纖維素乙醇實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，先進(jìn)生物液體燃料技術(shù)、裝備和產(chǎn)業(yè)整體達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。玉米芯作為一種豐富的農(nóng)業(yè)剩余物，用來(lái)生產(chǎn)燃料乙醇具有不與人畜爭(zhēng)糧、不與糧林爭(zhēng)地、低碳減排的特點(diǎn)，是一項(xiàng)吸引人的減排戰(zhàn)略發(fā)展模式。中國(guó)工業(yè)應(yīng)該考慮使用玉米芯共同發(fā)酵法生產(chǎn)可再生能源——乙醇，以降低生命周期排放，與此同時(shí)，需要政府應(yīng)該以更多的政策激勵(lì)措施來(lái)促進(jìn)玉米芯乙醇產(chǎn)業(yè)，來(lái)實(shí)現(xiàn)新實(shí)施計(jì)劃確定的目標(biāo)。

　　龍力生物是我國(guó)首家二代燃料乙醇定點(diǎn)生產(chǎn)企業(yè)，首創(chuàng)玉米芯生物質(zhì)資源多級(jí)資源化聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用模式（圖2），實(shí)現(xiàn)了我國(guó)首家以玉米芯為原料采用現(xiàn)代生物工程技術(shù)生產(chǎn)功能糖，并循環(huán)利用功能糖生產(chǎn)中產(chǎn)生的玉米芯廢渣生產(chǎn)第2 代燃料乙醇等新能源產(chǎn)品及木質(zhì)素等高分子材料產(chǎn)品的生物質(zhì)綜合利用企業(yè)。通過(guò)近二十年的科技創(chuàng)新和艱難歷程，用辛勤與汗水書(shū)寫(xiě)了我國(guó)乃至世界上木質(zhì)纖維素原料三大組分綜合利用的故事，每五年，龍力生物在木質(zhì)纖維素綜合利用領(lǐng)域都會(huì)有一個(gè)跨越增長(zhǎng)式的飛躍，從2000年開(kāi)始與中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)合作的半纖維素制備低聚木糖和木糖、阿拉伯糖等功能糖產(chǎn)品和半纖維素高效生產(chǎn)技術(shù)；到2005年與山東大學(xué)合作揭開(kāi)了纖維乙醇新能源產(chǎn)業(yè)的序幕，2010年與北京林業(yè)大學(xué)的合作項(xiàng)目則真正實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)三素分離與分級(jí)利用的終極目標(biāo)。龍力生物因此也先后獲得四項(xiàng)國(guó)家大獎(jiǎng)：“玉米芯酶法制備低聚木糖”項(xiàng)目獲2006年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)；“玉米芯廢渣制備纖維素乙醇”項(xiàng)目獲2011年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)；“嗜熱真菌耐熱木聚糖酶的產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目獲2011年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。"木質(zhì)纖維生物質(zhì)多級(jí)資源化利用關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用"項(xiàng)目榮獲2016年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。十三五期間，健康中國(guó)上升為國(guó)家戰(zhàn)略。龍力生物致力于發(fā)展玉米全株大健康產(chǎn)業(yè)，深度擁抱互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)施大健康+互聯(lián)網(wǎng)雙主營(yíng)發(fā)展戰(zhàn)略，推動(dòng)公司轉(zhuǎn)型升級(jí)。

圖2 龍力生物生物質(zhì)資源多級(jí)資源化聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用模式

　　8月22日，李克強(qiáng)總理主持召開(kāi)國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議，確定促進(jìn)天然氣協(xié)調(diào)穩(wěn)定發(fā)展的措施和生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)總體布局。會(huì)議決定有序擴(kuò)大車(chē)用乙醇汽油推廣使用，除黑龍江、吉林、遼寧等11個(gè)試點(diǎn)省份外，今年進(jìn)一步在北京、天津、河北等15個(gè)省份推廣。會(huì)議同時(shí)指出“堅(jiān)持控制總量、有限定點(diǎn)、公平準(zhǔn)入，適量利用酒精閑置產(chǎn)能，適度布局糧食燃料乙醇生產(chǎn)，加快建設(shè)木薯燃料乙醇項(xiàng)目，開(kāi)展秸稈、鋼鐵工業(yè)尾氣等制燃料乙醇產(chǎn)業(yè)化示范。”玉米芯作為易收集、產(chǎn)酒率高的秸稈類(lèi)原料可能成為中國(guó)纖維乙醇的中流砥柱。

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