未來，人類的競爭不僅是能源的競爭，更是資源的競爭。生物質是自然界最豐富的含碳有機大分子功能體，利用生物質開發可循環和再生的功能化產品(如生物基燃料、生物基材料、生物基化學品等)，將為未來新一代的生物及化工產業提供通用原料。

然而，如何實現化學鍵更加復雜的固相木質纖維素原料的生物煉制是實現生物質產業的關鍵和難點。鑒于木質纖維素類生物質原料的不均一性，理想的生物煉制應基于原料結構、過程轉化和產品特點三者的關聯，面向原料、過程和產品的煉制過程。

為實現上述目標，我國在原料煉制、煉制技術、組分轉化等領域都取得了一系列研究成果，未來有望通過“生物煉制”來實現“石油煉制”的輝煌。

突破原料煉制瓶頸

生物質資源具有地域分散性、季節性、形態多樣性等獨特特點。從原料特性入手，開發生物質原料的通用技術平臺，是實現生物質煉制的前提。尤其是對于具有多種功能，但是任一功能特性均不突出的“非典型經濟作物”，建立生物質原料煉制通用技術，將會使其爆發巨大的應用潛能，并產生巨大的經濟效益和社會效益。

為此，中國科學院過程工程研究所基于非典型油料作物鹽膚木的果實和撫育剩余物的物料特征和功能特性，以蒸汽爆破為核心，集成多種組分分離技術，開發出鹽膚木資源汽爆煉制技術的生態產業鏈新模式，實現了鹽膚木資源的綜合開發利用。

另外，生物質向燃料乙醇和化學品轉化時仍存在高成本、低效率等問題，預處理是提高轉化的有效途徑，但生物質的天然抗降解屏障嚴重阻礙了這一轉化的進行。不僅如此，由于木質纖維素結構的復雜性，預處理過程中會產生大量的抑制物，嚴重制約木質纖維素的生物質轉化。

因此，實現秸稈基產品的工業化生產，必須首先建立適當的原料預處理、發酵液脫毒等技術體系，而木質纖維素獨特的組成特點，可以為我們提供新的研究思路。

基于此，中國科學院過程工程研究所提出“源頭降低抑制物——纖維素木質素分級轉化”煉制模式，為木質纖維素的開發和利用探索出一條全新工藝路線，又在此基礎上，進一步提出“原位脫毒——發酵促進劑設計技術”，并率先展開電子載體物質、氧化還原物質與木質纖維素抑制物原位脫毒關聯性的研究，利用秸稈水解液進行實驗驗證，取得了良好的發酵結果，為傳統的發酵工藝提出新思路。

關鍵煉制技術獲突破

生物基產品取代石油基產品并實現產業化，關鍵在于生物質煉制技術的突破。

目前，主要的生物質煉制技術有汽爆處理、酸處理、堿處理等。其中，汽爆預處理是公認的最有效的木質纖維素原料預處理方法之一，但隨著汽爆強度的增大，半纖維素的水解程度增加，雖然對后續的組分分離有利，卻造成了大分子纖維素組分的品質降低。因此，基于汽爆的組合預處理技術成為當前研究的熱點。

例如，針對紅麻脫膠困難且傳統脫膠方法污染嚴重的問題，青島大學紡織服裝學院提出了一種新的脫膠方法，即閃爆—超聲波聯合脫膠，充分利用超聲波產生的強機械振動波形成水動力作用于麻類原料，達到快速有效脫膠的效果。

總的來說，目前常用的預處理技術仍存在環境、經濟性等問題，因此，新的生物煉制技術不斷涌現。低溫等離子體可提供一個高密度活性粒子、高能量的反應環境，在生物質煉制過程中體現了優于常規技術的一些特點，成為國內外研究的熱點。

實現組分的綠色高效轉化

生物質煉制的最終目的是實現各種組分的綠色、低成本、高效轉化。因此，必須建立各級組分轉化煉制技術。

纖維素乙醇被認為是21世紀發展循環經濟的有效途徑，然而纖維素酶解發酵成本高一直是制約其產業化的瓶頸，主要原因是木質纖維素糖化溫度與發酵溫度不協調，耐高溫乙醇發酵菌株的選育則是解決方法之一。

河南農業大學科研人員從煙葉腐解物中分離篩選出一株東方伊薩酵母菌株，該菌株具有發酵溫度高(38.45℃)、耐高糖(150g/l葡萄糖)等特點，利用含43.08g/l葡萄糖的玉米秸稈水解液發酵，乙醇產量達20.74g/l，為理論轉化率的91.6%。

另外，通過預處理方法改變纖維素底物特性，也是提高纖維素酶解效率的有效途徑。山東大學采用堿性預處理苧麻稈和紅麻稈，經過分批補料半同步糖化發酵工藝，在補料至底物濃度為20%時，乙醇濃度達到63g/l，轉化率分別為77%和79%。

不僅如此，在生物質煉制過程中，纖維素與半纖維素轉化利用相對容易，但在生物質分級分離過程中產生的大量木質素常以低效能產物作為燃料使用。開發高效、經濟的定向生產工藝將木質素轉化為化學品，成為生物質全組分高值化利用的關鍵所在。

木質素作為天然的酚類聚合物，具備轉化為苯酚所需的結構特征，因此開發高效的木質素生產苯酚的工藝有望成為生物質工業與化工工業的有機結合點，在保護環境的基礎上極大地提高生物煉制工廠的競爭力。

中國科學院過程工程研究所以1-甲基-3-乙基咪唑醋酸鹽處理的工業木質素在微波反應器中以1-甲基-3-胺乙基咪唑四氟硼酸鹽為催化劑，采用雙液相反應體系中催化木質素制備苯酚的收率為8.14%，這對于木質素的工業應用具有現實意義。

(作者系中國科學院過程工程研究所研究員)