利用木质纤维素生产丁醇的研究进展

随着化石燃料的逐年减少,以生物质为原料的生物能源研究近年来成为能源领域的研究热点,充分利用可再生生物质为发展经济的生物燃料生产工艺提供了一个极好的机会。与燃料乙醇和生物柴油相比,生物丁醇更具有优越性,以可再生木质纤维素生物质为原料进行发酵生产丁醇在近年来被广泛的研究。对于利用可再生生物质为原料生产丁醇,需要解决原料的选择、产品收率低、抑制物对生产菌株毒性等问题。本文对以木质纤维素生物质为原料进行生物丁醇发酵过程中的原料预处理、抑制物对丁醇生产菌的影响,以及水解液的脱毒和耐抑制物菌株的选育等方面进行综述,并对以木质纤维素生产燃料丁醇所面临的机遇与问题进行了简要评述。     

2014生物质炼制专刊序言

生物质是自然界最丰富的含碳有机大分子功能体,它有望通过"生物炼制"实现"石油炼制"的辉煌。但是由于生物质资源本身及其转化过程的复杂性,生物质产业虽备受关注,却被认为是遥远的未来产业。传统的生物质资源化利用思路都是先耗费一定的能量破坏生物质结构,然后再进行转化,不仅没有考虑到产品的功能需求,而且过程的原子经济性不高。如何实现化学键更加复杂的固相木质纤维素生物质炼制是实现生物质产业的关键和难点。理想的生物质炼制的目的是以最大得率分离木质纤维原料中各个组分,以尽可能地保持分子的完整性,最大可能地优化利用和最终实现最大价值。这就要求生物质炼制应当是基于原料结构、过程转化和产品特点三者的关联,面向原料、面向过程、面向产品的炼制过程。本期专刊报道了我国生物质炼制技术领域专家学者在原料炼制、炼制技术、组分转化等领域取得的最新研究进展。     

生物质原料预处理、组分分离到结构选择性拆分——生物质原料工程学的发展

在石化资源日益匮乏的严峻形势下,生物质将成为未来新一代生物及化工产业的最理想的替代原料.因此,如何使生物质资源成为生物基能源、生物基化学品和生物基材料的通用原料,成为目前世界各国共同关注的焦点和热点.从生物炼制及生物质科学与工程的发展可以看出,原料预处理是实现生物质高效转化的必要手段,而组分分离-定向转化是原料预处理的进一步提升,它可以实现纤维素、半纤维素和木质素的分别转化,但是仍然存在着原子利用率不高、能耗高、工艺路线复杂等问题.鉴于生物质是一个功能大分子体,要使其成为通用原料,应该根据原料结构特点和产物要求,发展结构化功能高值拆分的转化过程,即原料的选择性结构拆分思路.从原料预处理到组分分离,再到选择性结构拆分,实现了原料工程学的发展与逐步成熟,其最终目的是要真正建立以生物质为通用原料的新型工业技术体系和研究平台.     

一种木质纤维素类生物质水解重整制备生物汽油的方法

本发明公开了一种以木质纤维素类生物质为原料水解重整制备生物汽油的方法。该方法将木质纤维素类生物质的水解原料液直接进入水相催化重整系统,     

纤维素乙醇技术开发进展

生产纤维素乙醇的转化途径,大部分的研发都集中在生物化学途径或热化学途径,均可从生物质生产乙醇。生物化学途径使用酶,使经预处理的木质纤维素生物质原料转化成糖类,糖类然后再发酵成乙醇。热化学途径是将生物质原料气化以制取合成气,合成气然后利用化学催化的化学反应被转化成乙醇。     

聚焦生物质能源

<正>资源短缺、能源危机和环境污染己成为全球关注的严重问题。开发利用可再生的生物质资源对于解决人类发展面临的资源与环境危机具有重要意义。目前,以生物质能源为主的生物质开发利用备受世界各国政府和科学家的关注。生物质能源开发与利用是把能源植物和农业废弃物等生物质原料利用     

生物质化学工业期待成长

在脱石油这个大潮流中．试图从可再生的生物质制造燃料的项目．正在从玉米等粮食原料向非粮生物质转换。美国Mascoma公司、加拿大Iogen公司和美国BioEnergyInternational公司等利用生物学过程正在开发纤维系生物质的加水分解技术。     

生物质转化工程酿酒酵母的研究进展

石油、煤炭等非再生资源的供给日益紧张,人类迫切需要对可再生资源的利用进一步开发。以生物质为原料生产纤维素乙醇具有原料可再生,成本低廉的显著优点。酿酒酵母菌株因其易于进行基因操作,并具有较高的抑制剂耐受性,被广泛用于发酵生产纤维素乙醇。酿酒酵母作为生物质转化工程菌,在如何提升菌株对抑制剂的耐受性和木糖转化效率等方面仍具有很大的挑战。综述了在生物质转化利用上酿酒酵母工程化的研究进展。     

生物炼制是一个多学科交叉的前沿技术方向

1982年,生物炼制的概念在上首次被提出.生物炼制,就是说以生物质为基础的化学工业也必须打破原来用生物质单纯生产单一产品的传统观念,充分利用原料中的每一种组分,将其分别转化为不同的产品,实现原料充分利用、产品价值最大化和土地利用效率最大化.     

微藻生物炼制研究现状及发展策略

前言 资源短缺和环境污染问题已成为制约世界经济可持续发展的瓶颈.以可再生且环境友好的生物质资源替代化石资源已成为解决资源和环境问题的主要途径之一①,Henry R.Bungay②在1982年针对生物质资源开发与利用提出了生物炼制(Bio-Refinery)这一概念.美国国家可再生能源实验室(U.S.NREL)将生物炼制定义为将生物质原料转化为燃料、电热能和化学产品的生物质转化工艺与设备的集成.生物炼制的原料主要有:含纤维素的生物质和废弃物、谷类或玉米、青草、苜蓿、微藻等.其中微藻是一类在海洋、湖泊等水体中广泛分布的微型植物,能够利用光能固定CO2实现自养,其细胞中含有丰富的油脂、色素、蛋白质、维生素等成分.微藻生物炼制是以微藻为原料,生产各种化学品、燃料、生物基材料和食品等产品的工艺与设备的集成.     

生物炼制是一个多学科交叉的前沿方向

1982年．生物炼制的概念在《science》上首次被提出。生物炼制．就是说以生物质为基础的化学工业也必须打破原来用生物质单纯生产单一产品的传统观念．充分利用原料中的每一种组分,将其分别转化为不同的产品．实现原料充分利用、产品价值最大化和土地利用效率最大化。目前．生物炼制已经成为世界各国研究的热点．主要内容包括生物材料、生物基化学品、生物能源、生物基原料、生物炼制平台技术等。     

主编导读北大核心CSCD

本期主要围绕生物航煤、生物质和一碳原料利用,胆绿素、硫酸软骨素、纳他霉素、D-甘露醇、L-抗坏血酸2-葡糖苷、丙二酸等产品的生物合成,替代蛋白质以及相关工具技术进行导读。生物航煤、生物质和一碳原料利用航空业产生的碳排放量占全球人为碳排放的2%,改变航空煤油的生产方式对减少航空业生命周期中的碳排放具有重要意义。     

寡糖类能源植物菊芋及其综合利用研究进展

菊芋作为我国最具发展前景的非粮寡糖类能源植物之一,具有宜于边际地生长、生物质产量高、抗逆性强、易转化等优点。综合国内外菊芋研究现状,以菊芋生物质原料生产为核心,从能源植物分类、菊芋生长特性、种质资源、遗传改良、丰产栽培、采后贮藏、生物燃料研发等方面对其研究现状进行了详细阐述,并展望了菊芋在生物质原料生产方面的未来研究趋势和重点,为我国寡糖类能源植物的长远发展和科学研究提供参考。     

生物质的综合利用技术在燃料乙醇产业中的应用

概述了燃料乙醇生产的生物质及其特点,重点阐述了小麦、玉米等原料生产乙醇的综合开发技术,并对甘蔗和木薯为原料生产燃料乙醇进行了经济性评价。     

生物质基平台分子5-羟甲基糠醛制备及其高值化转化

5-羟甲基糠醛是重要的生物质平台分子之一,可以由生物质糖类催化脱水重排直接制备,是实现生物质高值化转化的重要媒介。C—O键选择性地重构是5-羟甲基糠醛制备及催化转化过程中的核心科学问题。近年来,以5-羟甲基糠醛为原料制备生物质基燃料及材料单体的研究快速发展,各种新型催化剂和催化体系被不断用于5-羟甲基糠醛的相关转化过程的研究中。对5-羟甲基糠醛的制备及其下游生物质基燃料、材料单体制备的研究进行了概述和展望。     

发酵工业原料炼制技术体系

要建立节粮、节水、节能和环保的发酵工业,首先面临的是发酵原料的炼制问题。本文通过深入分析发酵工业原料炼制的共性问题,结合多年生物质原料高值化炼制研究基础,提出“发酵工业原料炼制”的理念,根据发酵原料的结构特点和目标产物的要求,将发酵原料预处理——组分分离提升到依据产品功能要求的选择性结构拆分过程,并建立了以汽爆为核心的原料炼制技术平台以及针对淀粉类、糖类、木质纤维素类、生物质水解酸化生产的有机酸、醇类等典型发酵原料的多组分分层多级炼制技术体系范例,为实现资源节约、环境友好的发酵工业提供理论基础与技术支撑。     

生物质能源植物种植对生物多样性的影响

随着化石燃料资源的减少和全球环境问题的加剧, 全球生物质能源的生产增长迅速, 生物质能源植物种植面积不断增长。全球生物质能源植物的大面积种植对生物多样性造成了严重影响: 不但直接或间接侵占了大片自然或半自然生态系统, 造成生物原生栖息地的退化和消失, 而且还易造成生态系统单一并改变生态系统结构与功能, 加剧面源污染, 引起外来种入侵, 甚至增加了转基因生物安全风险。为减少生物质能源植物种植对生物多样性的影响, 政府或相关单位需制订可持续发展的生物质能源生产管理规范, 合理规划以避免在生物多样性丰富或脆弱区种植生物质能源植物, 积极开发新技术并改变生物质能源原料的利用效益, 加强生产方式管理并改变传统种植模式。     

生物质炭对土壤性质及温室气体排放的影响

生物质炭是指生物质如作物残体、畜禽粪便以及其他任何形式的有机物质,在高温缺氧下裂解形成的物质。生物质炭有很多环境效应,最主要的是将碳长期固存在土壤中,缓温室效应,遏制全球气候变暖。生物质炭施入土壤后,能有效改善土壤结构,促进植物对土壤养分的吸收,提高作物产量,可以有效降低温室气体的排放。但大规模的生物质炭施用还存在很多的不确定性,包括工业生产的成本核算、原料的有效性以及生物质炭施用的长期效应的不确定等。本文综述了不同条件下制得的生物质炭的性质差异,生物质炭施入后对土壤物理、化学、微生物性质以及对地-气主要温室气体通量的影响,对水稻产量及稻田温室气体排放的影响,森林火灾发生后产生木炭的一些环境效应。     

生物质原料发酵生产丁二酸研究进展

以生物质为原料微生物发酵生产丁二酸,对于减少化工产品对石化原料的依赖,保护环境有积极的意义.本文通过介绍目前用乳清、糖蜜、菊粉、甜高粱、小麦淀粉、木质纤维素等廉价原料生产丁二酸的研究近况,展现了非粮原料生产丁二酸的良好的应用前景.     

木质纤维素乙醇预处理技术研究进展

<正>生物炼制是非粮生物质利用大规模产业化成败的关键,也是工业生物技术研究和产业化开发的重点领域,受到了广泛的关注和重视。为此,我们特别邀请了山东大学曲音波教授的科研团队,以连载的形式,对非粮生物质生物炼制过程工程的相关技术和产品开发进行解读,主要从生物质原料的预处理、过程相关的酶水解技术以及发酵菌种改良等方面展开,以期读者对非粮生物质生物炼制技术开发及其产业化发展有一个更深入的了解。