2010年我国玉米燃料乙醇产量为170万吨，消耗玉米530万吨。发改委下发的文件《关于加强生物燃料乙醇项目建设管理促进产业健康发展的通知》（发改工业〔2006〕2842号）已经禁止新建生物燃料乙醇项目。而与此同时《可再生能源法》和《国家能源科技“十二五”规划》，国家以立法和法规的形式鼓励支持开发以木质纤维素为原料生产乙醇、丁醇等液体燃料。

　　农作物秸秆属于木质纤维素原料，是由纤维素、半纤维素和木质素三大主要组分组成的。我国农作物秸秆资源丰富，每年可收集量在6.87亿吨，其中未被利用的达2.15亿吨，相当于6450万吨淀粉或9923万吨玉米。开发以农作物秸秆为原料的液体生物燃料符合国家的战略发展要求。

　　秸秆生物炼制关键技术

　　农作物秸秆组织结构均一性差，各功能组分交织在一起，农作物秸秆整体转化利用过程中，各功能级分之间相互干扰，不能物尽其用，从而造成生产成本高，生产操作困难，产品性质不稳定。生物质生物炼制的概念于20世纪90年代被提出，即针对农作物秸秆的原料特性，进行组分分离，分别转化，在一个生物炼制系统中，产出生物基能源、生物基化学品、生物基材料等多种产品，实现不同组分的最大功能化利用。

　　因此，要创建以秸秆等木质纤维素为通用原料的工业新模式，必须重点突破秸秆作为新一代生物及化工产业原料炼制的关键问题，从工程角度突破制约秸秆成为工业原料的科学问题；必须以基础科学研究为手段，利用工程实践研究的思维，以循环经济理念为指导，对秸秆原料聚集态进行结构拆分与功能利用，分级制备生物基能源、生物基化学品和生物基材料；对于原料，要提高其均一性，进行结构拆分和定向转化；对于技术和设备，要突破关键技术，开发关键设备并进行过程集成。只有这样才能实现多联产，提高产品性能，降低生产成本。

　　目前国内外学者肯定了农作物秸秆生物炼制的理念，但研究大都处于实验室阶段，主要原因是缺乏清洁、高效、经济的原料预处理技术和组分分离技术，以及与之配套的规模化设备，限制了实验室成果的进一步产业化实施。

　　中国科学院过程工程研究所在农作物秸秆生物炼制工程领域具有近30年的理论研究基础和产业化实践经验，我们充分认识到农作物秸秆高值化利用的关键科学问题和工程化问题，建立了以汽爆技术为依托，集成不同组分分离技术，各组分分别进行功能化转化的农作物秸秆汽爆炼制技术体系，并从经济上实现了农作物秸秆的产业化开发。该汽爆炼制技术体系已申请中国发明专利236项，其中授权150项，申请国际PCT专利17项，其中授权9项。“秸秆发酵原料炼制关键集成技术及工程示范”获得了中国轻工业联合会科学技术发明奖二等奖，“秸秆废弃物组分全利用新技术及其应用”和“秸秆等木质纤维素原料炼制关键技术与产业化示范”分别获得了北京市科学技术奖二等奖，“秸秆固态酶解发酵燃料乙醇、丁醇关键技术及产业化示范”获得了国家能源科技进步奖三等奖。“秸秆生物炼制生产生物丁醇关键技术及产业化示范”获得了闵恩泽能源化工奖。

　　（1）农作物秸秆原料预处理技术

　　原料预处理是农作物秸秆生物炼制的第一步，也是最关键的一步，农作物秸秆原料预处理出现了酸预处理、碱预处理、汽爆预处理、水热预处理等具有工业应用前景的技术和装备，其中汽爆技术被认为是最清洁高效经济的技术。

　　中国科学院过程工程研究所在基础理论及机理研究、技术创新开发和装备制造领域一直走在世界的前列。汽爆装备从实验室5升规模，到0.5立方米中试规模，最终发展到5立方米、20立方米、50立方米的工业化规模，为农作物秸秆的规模化预处理提供了技术支持和设备保障。

　　（2）农作物秸秆组分分离技术

　　如何清洁高效经济地实现农作物秸秆不同组分的有效分离，一直是农作物秸秆生物炼制的瓶颈问题。目前具有工业应用前景的组分分离技术包括亚硫酸盐法、碱法、水力筛分法、机械梳分法等，可实现秸秆不同水平的组分分离，其中中国科学院过程工程研究所开发的机械梳分技术是从组织水平实现长纤维和短纤维的清洁高效分离，对工业实现农作物秸秆组分分离具有重要意义。通过汽爆耦合机械梳分技术，将汽爆后的农作物秸秆分为长纤维级分和短纤维级分，短纤维杂细胞含量高，纤维素结晶度低，因此短纤维易于酶解构建糖平台；长纤维主要由纤维细胞构成，纤维素结晶度高，不容易被生物降解，因此可以利用长纤维的结构特性，发挥其材料功能，用于生产生物基材料。目前该设备已放大至规模化工业水平，能够满足产业化生产的需求。

　　（3）纤维素糖平台构建技术

　　中国科学院过程工程研究所已将纤维素酶解糖平台的建立从简单的机械搅拌式液相酶解技术，发展到蠕动式固相酶解技术，降低了能耗，缩短了酶解周期，提高了酶解液中可发酵糖的浓度。另外，在相同酶解效率情况下，汽爆秸秆短纤维作为酶解底物，显著降低了纤维素酶成本。

　　（4）农作物秸秆生物炼制的系统集成

　　中国科学院过程工程研究所以生态生物化学工程和循环工业理论为指导，对农作物秸秆生物炼制工厂进行优化设计，集成多种技术，对水、电、汽以及中间产品等进行系统集成，降低能耗，实现污染“零排放”，真正成为有经济效益的生态工业。

　　秸秆汽爆炼制产业化示范

　　一个以生物乙醇为主导产品的秸秆汽爆生物炼制工厂，年处理10万吨秸秆，生产燃料乙醇1万吨，本色纸1.8万吨，木质素肥料1.5万吨，沼气400万立方米，生物质颗粒燃料2万吨。整个炼制工厂秸秆全组分利用，同时补充自身能源需求，有机肥还田，实现了循环生态产业链。

　　松原光禾能源有限公司利用中国科学院过程工程研究所专利技术建立了秸秆炼制生产燃料乙醇生产线，并于2014年8月31日完成了科技成果鉴定，技术成果鉴定意见：

　　•基于秸秆原料结构特性，发明了无污染汽爆炼制技术，揭示了汽爆破除天然纤维素抗降解屏障作用机制。

　　•发明了同步发酵木糖、葡萄糖、耐受抑制物的工业应用酿酒酵母的连续动态驯化技术；建立了复合纤维素酶制剂工业应用体系，不仅降低纤维素酶用量，而且解除了抑制物对纤维素酶的抑制作用；创建了汽爆秸秆先固相解聚-后同步发酵新工艺，达到了工业规模发酵乙醇浓度在6%以上。

　　•提出了以秸秆乙醇为主，车用压缩生物天然气（CNG）、木塑复合环保材料为辅的秸秆炼制集成技术路线，建立了万吨级汽爆秸秆乙醇产业化技术体系，并组建出与其技术体系相配套的自主加工的工业化装置系统；实现了秸秆等木质纤维素原料组分全利用，突破了秸秆发酵乙醇的技术经济世界性难题。

　　•实现了万吨级秸秆发酵乙醇及综合利用规模化连续生产和经济运行，具有重要的示范和推广价值。创新性强，具有自主知识产权，该成果处于国际领先水平。

　　作者单位:中国科学院过程工程研究所