后化石經(jīng)濟時代工業(yè)生物技術(shù)發(fā)展的若干思考-化工進展(編輯修改稿)
2025-05-01 23:17 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 醇的綜合利用技術(shù)，需要大力發(fā)展高效產(chǎn)糖的能源植物，如新品種甜高粱和甘蔗等。目前燃料乙醇的重要研究方向為：開發(fā)利用纖維素、菊芋、木薯、玉米等多種原料生產(chǎn)乙醇工藝，重點開發(fā)秸稈或木質(zhì)纖維類生物質(zhì)替代糧食資源生產(chǎn)燃料乙醇的工藝，開展農(nóng)作物秸稈預處理技術(shù)、纖維水解酶的固態(tài)發(fā)酵技術(shù)、同步水解發(fā)酵法技術(shù)、半纖維混合糖液的分離和綜合利用技術(shù)等。生物柴油是脂肪酸與低碳醇在催化劑的存在下，發(fā)生酯化反應，形成脂肪酸甲酯或乙酯，可代替柴油燃燒。生物柴油環(huán)境友好，無需對現(xiàn)有柴油發(fā)動機進行任何改造即可使用，且對發(fā)動機有保護作用。目前世界上生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，美國、加拿大、巴西、日本、澳大利亞、印度等國都在積極發(fā)展這項產(chǎn)業(yè)。歐盟國家主要以油菜為原料，2022 年生物柴油產(chǎn)量已超過 Mt [1]。立足于本國原料大規(guī)模生產(chǎn)替代液體燃料 —— 生物柴油，對增強我國石油安全具有重要的戰(zhàn)略意義。生物柴油的生產(chǎn)方法主要有酸催化、堿催化、酶催化和超臨界甲酯化等工藝，堿催化工藝為最廣泛使用的生產(chǎn)方法。一般情況下，原料成本占生物柴油總成本的80％～90％，而加工成本大約為10％～20％。目前，生物柴油的重要研究方向為研發(fā)適應不同原料特點的低成本生物柴油生產(chǎn)工藝，使得生物柴油生產(chǎn)成本可以與石化柴油相競爭。生物柴油的眾多生產(chǎn)方法中一個值得關(guān)注的問題是如何利用以低值廢棄植物油腳為原料，通過甲醇酯化生物煉制生產(chǎn)生物柴油工藝同時聯(lián)產(chǎn)高附加值植物甾醇、單體酸、二聚酸及異硬脂酸等油脂化工產(chǎn)品。通過通過對植物油腳料的煉制過程生產(chǎn)生物柴油聯(lián)產(chǎn)多種高值油脂化工產(chǎn)品，可以大大降低生物柴油的生產(chǎn)成本，提高生物柴油的競爭力，可加速實現(xiàn)生物柴油的產(chǎn)業(yè)化進程。沼 氣 是 有 機 物 質(zhì) 在 厭 氧 條 件 下 ， 經(jīng) 過 微 生 物發(fā) 酵 作 用 而 生 成 的 以 甲 烷 為 主 的 可 燃 氣 體 。 由 葡萄 糖 厭 氧 消 化 產(chǎn) 甲 烷 的 能 量 轉(zhuǎn) 換 效 率 可 高 達87％ [8]， 是 其 他 加 工 技 術(shù) 所 難 以 達 到 的 。 許 多 國家 已 把 沼 氣 開 發(fā) 列 入 國 家 能 源 戰(zhàn) 略 。 我 國 是 世 界上 沼 氣 利 用 開 展 得 最 好 的 國 家 ， 沼 氣 技 術(shù) 相 當 成熟 ， 目 前 已 進 入 商 業(yè) 化 應 用 階 段 。 主 要 有 農(nóng) 村 家用 沼 氣 池 、 大 中 型 沼 氣 工 程 和 生 活 污 水 凈 化 沼 氣池 等 。 沼 氣 發(fā) 酵 可 以 綜 合 利 用 有 機 廢 物 和 農(nóng) 作 物秸 稈 ， 對 水 資 源 和 土 壤 等 再 生 和 資 源 化 有 促 進 作用 。 近 年 來 沼 氣 生 產(chǎn) 和 污 水 處 理 耦 合 的 研 究 成 為新 的 研 究 熱 點 。 由 于 沼 氣 生 產(chǎn) 和 污 水 處 理 耦 合 ，可 以 同 時 獲 得 能 源 生 產(chǎn) 和 環(huán) 境 治 理 （ 水 資 源 再 生 ）的 雙 重 效 益 ， 從 而 使 新 型 沼 氣 生 產(chǎn) 技 術(shù) 具 有 更 加美 好 的 應 用 前 景 。 通 過 種 植 水 葫 蘆 治 理 污 水 ， 同時 充 分 利 用 太 陽 能 的 光 合 作 用 吸 收 二 氧 化 碳 進 一步 凈 化 空 氣 。 水 葫 蘆 生 長 迅 速 ， 在 適 宜 的 溫 度 下其 倍 增 周 期 為 7 天 左 右 ， 其 碳 氮 比 為 25～ 30， 是一 種 理 想 的 沼 氣 原 料 ， 與 動 物 排 泄 物 混 合 可 以 進行 厭 氧 發(fā) 酵 生 產(chǎn) 沼 氣 。 這 樣 不 僅 有 效 地 治 理 了 污水 ， 同 時 又 合 理 地 利 用 了 水 葫 蘆 和 動 物 排 泄 物（ 人 糞 尿 ） 等 ， 使 之 變 廢 為 寶 ， 一 舉 兩 得 。沼氣重要的研究方向有高效消化產(chǎn)酸菌群的馴化與選育，高效產(chǎn)甲烷菌群的馴化與選育，厭氧微生物菌群的代謝調(diào)控以及太陽能強化的高效二級甲烷中溫厭氧發(fā)酵裝置的設(shè)計與制備。將生物質(zhì)能發(fā)電與太陽能發(fā)電相結(jié)合，形成新型的生物質(zhì)能與太陽能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)。太陽能與風能具有隨機性及不穩(wěn)定性強等缺點，必須從科學技術(shù)層面發(fā)展利用這些不穩(wěn)態(tài)資源的技術(shù)，這是對后化石經(jīng)濟時代工業(yè)技術(shù)的新的挑戰(zhàn)。建立生物質(zhì)氣化與拋物面槽式太陽熱聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，在太陽能充足時，以太陽能發(fā)電為主，生物質(zhì)氣化發(fā)電為輔；在太陽能不充足時，以生物質(zhì)氣化發(fā)電為主。該系統(tǒng)避免了單一太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電不穩(wěn)定性，減少電力儲存、調(diào)峰所需裝備，具有非常良好的應用前景。目前，生物質(zhì)能與太陽能聯(lián)用的主要研究方向為高效生物質(zhì)氣化爐設(shè)計與制造、無焦油氣化工藝及高效催化劑、微小型燃氣內(nèi)燃機、太陽能真空集熱管設(shè)計與制造技術(shù)、太陽能槽式發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化、配電調(diào)峰系統(tǒng)，從而形成穩(wěn)定供電的新型高效實用的分布式能源系統(tǒng)。 生物煉制技術(shù)生產(chǎn)大宗化學品與生物材料的產(chǎn)品工程與 石 油 化 學 工 業(yè) 相 對 應 ， 利 用 生 物 煉 制 技 術(shù)生 產(chǎn) 化 學 品 與 材 料 形 成 了 一 個 新 的 化 學 工 業(yè) 模 式 ，稱 之 為 “生 物 質(zhì) 化 學 工 業(yè) ”。 隨 著 經(jīng) 濟 的 發(fā) 展 ，全 球 化 學 品 與 材 料 市 場 需 求 日 益 增 加 ， 而 石 油 在耗 盡 ， 因 此 生 物 質(zhì) 化 工 具 有 非 常 巨 大 且 快 速 發(fā) 展的 生 長 空 間 。 與 生 物 質(zhì) 能 源 工 程 不 同 ， 生 物 質(zhì) 化工 將 會 在 原 有 石 油 化 工 的 基
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