近年來(lái)，基于纖維素糖化發(fā)酵生產(chǎn)纖維素乙醇研發(fā)工作在全世界都受到空前的重視，在木質(zhì)纖維素生物煉制技術(shù)上進(jìn)行了巨額投資。美國政府尤其重視并支持纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展，其技術(shù)水平也代表著(zhù)世界最先進(jìn)水平。目前預處理技術(shù)采用NREL長(cháng)期力推的連續稀酸預處理技術(shù)；纖維素酶生產(chǎn)現場(chǎng)生產(chǎn)方式，纖維素酶用量為20 mg/g纖維素；葡萄糖和木糖轉化率達到95%，纖維素酶生產(chǎn)成本僅為約300元/噸生物質(zhì)糖；木質(zhì)素殘渣用于發(fā)電并有大量發(fā)電。

我國在利用木質(zhì)纖維素轉化為糖利用技術(shù)研究處于剛剛起步階段，目前，以中糧集團、河南天冠和山東龍力生物為代表的骨干企業(yè)，掌握纖維素酶生產(chǎn)工藝，實(shí)現高底物濃漿酶解，完成萬(wàn)噸級成套工藝軟件包開(kāi)發(fā)的基礎上，基本形成以預處理-酶解-發(fā)酵為主要工藝路線(xiàn)的生物轉化技術(shù)平臺。同時(shí)掌握了多項具有自主知識產(chǎn)權的關(guān)鍵技術(shù)。但是與國外有一定的差距。預處理能耗高于國外30-50%；纖維素酶活力只有國外的30-50%倍，纖維素酶的生產(chǎn)成本高于國外50-100%；木質(zhì)素降解酶類(lèi)如漆酶還沒(méi)有商業(yè)化產(chǎn)品，酶活也較國外低30-80%；秸稈糖水解率偏低僅為國外的70-90%；木質(zhì)素降解酶類(lèi)如漆酶還沒(méi)有商業(yè)化產(chǎn)品。

2012年國家發(fā)布的《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃》也明確把“突破纖維素乙醇原料預處理、低成本水解糖化關(guān)鍵技術(shù)瓶頸”作為生物產(chǎn)業(yè)的主要任務(wù)之一?！秶抑虚L(cháng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規劃綱要（2006-2020年）》明確將“可再生能源的低成本規?；_(kāi)發(fā)利用”列為優(yōu)先主題，并突出發(fā)展生物能源。因此，通過(guò)集成創(chuàng )新生物煉制技術(shù)，高效利用農作物秸稈原料，完全符合國家戰略需求，對空氣污染物和溫室氣體減排有著(zhù)重要的意義，同時(shí)還能夠起到調整農業(yè)產(chǎn)業(yè)結構，為農村開(kāi)辟新興產(chǎn)業(yè)，有效延長(cháng)農業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，增加農村就業(yè)機會(huì )和農民收入，以及增加能源供給的多樣性，保障國家能源安全。

市場(chǎng)前景

發(fā)展生物質(zhì)糖平臺，以生物質(zhì)糖為原料生產(chǎn)的燃料、化學(xué)品和材料等是實(shí)現我國農業(yè)和工業(yè)可持續發(fā)展的重要前提。我國是發(fā)酵第一大國，各類(lèi)發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)消耗了大量的糧食，發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量近2000 多萬(wàn)噸，消耗糧食近5000 萬(wàn)噸。另外，全球目前僅滿(mǎn)足燃料乙醇（約6000萬(wàn)噸）生產(chǎn)，我國《國家可再生能源中長(cháng)期發(fā)展規劃》中也明確提出：“從長(cháng)遠考慮，要積極發(fā)展以纖維素類(lèi)生物質(zhì)為原料的生物燃料技術(shù)；到2020年，生物燃料乙醇年利用量達到1000萬(wàn)噸。需要生物質(zhì)糖近2500萬(wàn)噸。因此這兩項的生物質(zhì)糖需求量達到7500萬(wàn)噸以上。而使用淀粉、單糖、二糖作為可再生的生物資源替代石化資源一方面生產(chǎn)成本很高，另一方面嚴重影響國家的糧食安全。因此，發(fā)展以木質(zhì)纖維素為原料的生物質(zhì)糖產(chǎn)業(yè)有著(zhù)重要的應用前景。

我國是農業(yè)大國，據統計，每年農作物秸稈的產(chǎn)量就接近7億噸。但由于利用水平和能力的限制，秸稈大部分以堆積、焚燒等形式直接傾入環(huán)境，不僅極大地污染了環(huán)境，也造成了資源的浪費。因此，有效利用這一豐富的資源生產(chǎn)秸稈糖，有著(zhù)巨大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

技術(shù)特點(diǎn)

木質(zhì)纖維素是地球上儲量最為豐富可再生資源，主要應用生物燃料、生物基化工原料等領(lǐng)域。但由于其化學(xué)成分及結構復雜性，到目前為止其轉化利用率仍然很低，其主要瓶頸問(wèn)題在于木質(zhì)纖維素水解酶活性較低以及其預處理條件劇烈且生產(chǎn)成本高。本項目建立了由溫和預處理工藝、數學(xué)模型優(yōu)化的先進(jìn)發(fā)酵工藝以及底物特異酶解關(guān)鍵技術(shù)組成新型纖維素糖化技術(shù)。

①本項目建立了碳基催化劑的電解自由基預處理與水熱預處理耦合形成的新型的預處理工藝，噸秸稈預處理成本低于100元，且無(wú)抑制物產(chǎn)生。②獲得了高纖維素酶活菌種，產(chǎn)酶速率250FPA/l*h；以及高β-葡萄糖苷酶活性檜狀青霉，β-葡萄糖苷酶活性達100IU/ml以上；③建立多尺度數學(xué)模型控制的產(chǎn)纖維素酶菌種先進(jìn)發(fā)酵工藝以及基于底物特異性的酶系復配工藝，酶活達50FPU/mL，噸秸稈糖用酶成本800元左右，達到國內領(lǐng)先水平；

對于上述技術(shù)，本實(shí)驗室已經(jīng)由20多個(gè)專(zhuān)利形成對該技術(shù)的完成保護。

研究時(shí)間與階段

中試階段

投資與效益分析

應用本技術(shù)1噸秸稈糖生產(chǎn)成本約為3500元左右，每萬(wàn)噸秸稈轉化可獲得秸稈糖約3000噸左右。