當前，建立生物燃料原料可持續供給體系、綠色高效轉化技術體系、系統集成和科學評估體系，已經成為世界各國的研發重點。

中科院生物燃料重點實驗室依托于中科院青島生物能源與過程研究所，成立6年來，致力于微藻生物燃料、生物催化轉化、熱化學與化學轉化等可再生資源與轉化技術領域的研究。

近日，中科院生物燃料重點實驗室主任呂雪峰在接受《中國科學報》記者采訪時表示：“我們希望通過綜合不同的技術手段，構建高效、低成本、可持續發展的生物燃料轉化體系。”

固碳微藻種類多

微藻通過光合作用將二氧化碳、光和水轉化為油脂，作為一種潛在的清潔能源生產和二氧化碳高值化方案，工業產油微藻受到了廣泛關注。

呂雪峰介紹，從理論上來說，微藻畝產生物質20～28噸/年，每噸微藻可固定1.83噸二氧化碳。此外，微藻油脂也是理想的液體生物燃料(生物柴油或航空煤油)原料。

實驗室微藻生物燃料方向主要從獲得穩定高產的工程藻類、實現高效可控的微藻規模培養、進行經濟節能的微藻轉化加工著手，試圖建立一條尋找藻種—培養固碳—工業煉油的選育和轉化體系。

首先，實驗室科研團隊將“耐原生動物污染”“易采收”等工程性狀納入選育評價產油微藻的重要指標，提出了從絲狀微藻中篩選工業藻株的新思路。2013年，實驗室研究人員首次發現了高產油黃絲藻，證明大尺寸絲狀體結構是賦予其“耐蟲”和“易收獲”的獨特性質，為解決制約微藻大規模培養的蟲害污染和采收高能耗問題的藻種篩選提供了方向指引。

隨后，實驗室開發了全球首個微擬球藻全基因組學模型、從遺傳層面揭示微藻產油性狀的遺傳和進化特征、從調控層面首次揭示植物激素在微藻產油中的作用機制，并提出基于激素調控的微藻選育策略。

另外，實驗室構建了系列利用太陽能直接一步轉化二氧化碳合成不同太陽能生物燃料的基因工程藍藻，工程藍藻的光生物反應器規模化培養與藍藻光合固碳合成效率的提高，將是未來研究的重點。

目前，實驗室建立了完整的微藻航空生物燃料研發體系，并與波音公司聯合成立可持續航空生物燃料聯合研究實驗室;利用微藻能源與資源化利用共性技術與新奧集團、新疆慶華等企業合作實現了技術示范。

廢棄秸稈熱量高

習近平總書記在中央財經領導小組第十四次會議上明確提出“以沼氣和生物天然氣為主要處理方向，以就地就近用于農村能源和農用有機肥為主要使用方向，處理農業生物質廢棄物”。

2016年，農業部發布《關于推進農業廢棄物資源化利用試點的方案》，并估算我國每年產生畜禽糞污38億噸、農作物秸稈10億噸。

“處理這些農業廢棄物，需要解決的關鍵科學問題是：如何選育適應高濃度厭氧發酵的優良微生物群落、如何提高秸稈生物質厭氧發酵產氣的轉化效率、如何實現高濃度發酵下高效的物料混合與傳質。”呂雪峰說，“我們正在研發高濃度厭氧發酵產業化技術工藝包，希望形成工業化生物天然氣技術標準體系。”

由于秸稈難降解，缺乏高效秸稈降解技術，實驗室科研團隊通過級聯馴化，選育出高耐受性厭氧發酵微生物;研究微氧對秸稈結構和微生物群落的影響，開發出新的生物預處理技術。

雖然從技術手段上解決了部分科學問題，但我國缺乏自主的工業化大規模沼氣工程技術與裝備也限制了技術的應用，于是科研團隊自主開發了固態進料設備、不同混合策略的反應器及配套攪拌設備、沼氣壓力水洗設備，進而突破了沼氣工程從進料、發酵、攪拌、提純凈化全過程的產業化關鍵技術瓶頸。

基于自主開發的技術與設備，科研團隊進行集成放大研究，形成了完整的高濃度厭氧發酵技術體系。其中，青島平度建成年產18萬方沼氣中試放大系統，首次實現規模化高濃度厭氧發酵沼氣工程的長期高效運行;吉林白城建成年產43萬方沼氣北方寒冷地區中試示范工程，突破了沼氣工程冬季不產氣難題，實現北方寒冷地區的連續高效運行。

青島能源所先后與中節能、青島華通集團等業內龍頭企業合作，完成3處產業化示范工程建設，其中與青島華通集團合作在青島平度南村建成了北方最大的生物天然氣基地，形成可復制推廣的工藝包和商業運營模式，為我國農業生物質廢物處理和資源化利用提供解決方案。

木質纖維價值大

纖維生物質是自然界中豐富的生物質資源，利用纖維生物質生產燃料和化學品是未來發展的必然趨勢。呂雪峰介紹：“優質生物資源供給和低成本、高效率纖維素糖獲取是急需破解的難題。”

于是，實驗室科研團隊從提供高產量、易轉化、供應足的優質非糧纖維生物質原料;破除生物質天然抗降解屏障，開發高效綠色纖維素預處理工藝;設計構建高效的生物催化轉化分子機器，提高纖維素酶解糖化效率著手研究。

纖維小體是自然界中已知最高效的纖維素降解分子機器之一，對此，科研團隊開發新型非模式微生物遺傳操作裝備與配套技術，揭示了纖維小體多水平協同作用與調控機制，并指導基于工業化要求的纖維小體定向改良及全菌催化劑構建。

在如何實現高產、抗逆、可高效轉化能源植物新品種創制難題上，科研團隊構建了南荻重離子誘變突變體庫，篩選10個高耐鹽新品系，10余株高產等優良性狀的新品系，獲得轉化效率顯著提高新品系1個。

科研團隊在沿海高鹽灘涂的芒草高產栽培技術獲濰坊昌邑政府認可，青島能源所與地方政府共建了百畝鹽堿地生態修復與能源植物種植相結合的核心示范區，為我國鹽堿地治理提供新思路。

在開展高效綠色木質纖維素原料預處理研究中，針對傳統單一物理法或化學法預處理能耗高、污染重的問題，實驗室科研團隊提出了基于物理、化學共同作用的預處理思路，結合裝備開發，建立了低成本、綠色、高效的動態擠壓預處理技術。

呂雪峰向記者透露：“該技術引起國際著名公司和產業界廣泛關注，獲得了殼牌、寶潔、波音等國際公司和500強企業的持續資助。”他表示，生物燃料核心轉化技術不僅可以促進生物能源本身發展，同樣可以應用于環境治理和健康產品開發。中科院生物燃料重點實驗室將堅持領域共性技術研發，形成基于生物質資源“能源—環境—健康”融合發展的思路，帶動生物燃料核心技術的發展。