众安环保

利用玉米秸秆水解液生产乙醇酸,这一科研成果助力实现“双碳”目标

发布时间:2024-4-01

近日,江南大学粮食发酵与食品生物制造国家工程研究中心邓禹教授团队对微生物细胞工厂利用秸秆水解液合成乙醇酸进行了深入研究,取得了突破进展。相关研究成果已发表在国际期刊《生物资源技术》(Bioresource Technology)。

乙醇酸又称为羟基乙酸,主要用做清洁剂、爽肤水和非处方化妆品中的去角质成分。此外,乙醇酸还用于化学清洗、纺织工业以及生产聚乙醇酸-乳酸(PLGA)和聚乙醇酸(PGA)等生物降可降解材料,其相关产品具有生物降解性、生物相容性和低毒性等优点。

当前乙醇酸的需求量逐年增加,据统计至2023年我国乙醇酸需求量已经达到2.5万吨/年,2022年-2028年的年复合增长率将达到7.1%。一直以来,乙醇酸主要是通过氯乙酸水解法等化学方法催化石油基底物合成的,普遍存在着毒性大、污染严重、产率低和碳排放高等问题。随着我国“双碳”战略的推进,相比石油基乙醇酸,以葡萄糖等可再生有机碳源为底物合成的生物基乙醇酸表现出更多优势,如绿色环保、低碳排放、工艺简单和反应条件温和等。

我国是农业大国,拥有丰富的秸秆生物质资源,这些生物质资源中包含着丰富的纤维素和半纤维素等,其主要成分是葡萄糖和木糖。团队老师周胜虎介绍,秸秆经过处理可转变为绿色、廉价、可再生、富含葡萄糖和木糖的秸秆水解液,可作为微生物细胞工厂合成乙醇酸的底物。

团队开发了动态代谢调控策略、辅因子工程和糖蛋白转运工程策略等,以大肠杆菌为底盘细胞,经过改造解决了乙醇酸生产过程中代谢流失衡和辅因子缺乏的问题,实现了以玉米秸秆水解液为底物高产乙醇酸的目标,5 L发酵罐补料分批发酵的乙醇酸产量达到了52.2 g/L,这是迄今为止不添加诱导剂的最高产量。

“这不仅降低了生物基乙醇酸的生产成本,减少了碳排放,还能为秸秆生物质资源的再开发利用开辟了新的途径,具有广泛工业化应用前景和商业化价值。”周胜虎表示。

将秸秆制作成乙醇酸,我们需要对秸秆进行破碎预处理这部分工作,需要借助于生物质秸秆预处理系统将纤维素、半纤维素和木质素进行分离,然后加入高效纤维素酶将纤维素、半纤维素转化为可发酵糖,可发酵糖经过发酵转化为乙醇,再经过精馏,就得到了纤维素乙醇,5吨秸秆可产出1吨乙醇。

众安环保生物质破碎预处理系统由金属链板输送机、粗破碎机、皮带输送机、磁选机等设备组成,该系统集输送、破碎、磁选模块于一体,对多种生物质原料资源化处置。

生物质替代燃料制备系统

生物质破碎预处理系统工艺

输送机将秸秆均匀喂入破碎机,破碎机经过剪切、撕裂、挤压的工作原理将物料进行破碎处置,破碎后的物料经皮带输送机输送至成品料区或转运到下一道处置工序,可以通过磁选装置将金属物料选出,可燃物经过压块机制备成生物质替代燃料,整套生产系统可以实现密闭输送、负压降尘、清洁生产。

以农作物秸秆作为原料来生产纤维素乙醇,既不会出现“与人争粮”的情况,又能够提升农民的种粮积极性,从而确保粮食安全得以保障。

声明:文章部分图片、来自网络

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