最有效的“太陽能轉換器”——甜高粱有望成為生物質能源的豐富來源。中國工程院院士、北京化工大學教授譚天偉在上周召開的中國工程院化工、冶金與材料工程學部第九屆學術會議上表示,甜高粱的光合作用效率是大豆、玉米、甜菜和小麥的23倍,通過甜高粱全利用可以生產燃料乙醇、丁醇及木塑復合材料。目前,甜高粱成套生物煉制新工藝已經成型。
據譚天偉教授介紹,他們承擔的甜高粱全利用研究課題,通過對甜高粱莖桿進行壓榨,汁液利用新型固定化酵母連續發酵法生產燃料乙醇;壓榨后的殘渣經稀乙酸預處理水解半纖維素,水解液發酵分離耦合后生產丁醇;將水解殘渣與回收塑料共混造粒,應用注塑、擠出等方法制造木塑復合材料,形成甜高粱成套生物煉制工藝。其中,燃料乙醇發酵濃度達到141.3克/升,燃料丁醇通過一步滲透汽化膜分離后丁醇濃度達到260克/升,木塑復合材料甜高粱添加量在50%以上。
譚天偉教授表示,新工藝的關鍵創新點主要為:在生產燃料乙醇環節,他們用榨汁后殘余的甜高粱莖桿渣作為酵母細胞固定化的載體,使發酵效率提高了2~3倍。在建立起固定化發酵工藝后,又通過對發酵培養基的優化,以初糖300克/升的濃縮甜高粱莖干汁進行固定化酵母細胞的發酵,5升發酵體系的乙醇濃度可達141.3克/升,乙醇得率為0.49克/克。
在甜高粱渣生產燃料丁醇環節,為避免廣為使用的稀硫酸水解法帶來的水解液酸度大、中和無機鹽離子濃度高的不利影響,他們利用乙酸作為媒介進行甜高粱渣的水解,并在此基礎上進行相關脫毒,經過脫毒的水解液即可用于燃料丁醇的發酵。
在甜高粱莖桿渣生產木塑復合材料環節,課題組對甜高粱酸解渣進行篩分、堿氧化和蒸汽爆破預處理后,與回收塑料進行干燥處理,在熱混機中進行熱混除水,之后進入雙螺桿擠出機進行造粒;雙螺桿擠出得到的母粒再經過注塑機,即可得到木塑復合材料制品。譚天偉表示,該兩步法工藝與傳統一步法工藝相比,木塑復合材料制品拉伸強度提高了59.4%,彎曲強度提高了23%,彈性模量提高了12.5%,吸水率降低了72.7%,更適于制造戶外地板,建筑材料等。