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1、秸秆利用前景与生物工程摘要：就秸秆焚烧导致的生物质能源浪费和环境污染问题，生物工程技术带来的研究方向和发展前景。主要包括秸秆生物转化燃料酒精、秸秆生态工业建设、生物质秸秆发电技术、秸秆生物反应堆等。归纳得出目前限制秸秆再利用的最主要问题是如何降解秸秆木质素。指出其中研究白蚁肠道内共生单细胞微生物的有关基因构建工程菌降解木质素的途径。关键词：秸秆、生物工程、白蚁引言生物质秸秆是一种洁净的可再生能源,它包括玉米秆、小麦秆、稻秆、油料作物秸秆、豆类作物秸秆、杂粮作物秸秆、棉花秆等多种作物的茎秆。我国农作物秸秆、皮壳等产量高达7亿多吨。除少量用于传统的畜牧饲料、还田肥料、生活燃料，
2、大部分被堆积燃烧。不仅造成了极大的资源浪费，更给环境带来了严重的污染。木质素又称木素[1]，是植物界含量仅次于纤维素的一类高分子有机物，是一种极具潜力的可再生资源。木质素结构单元间以醚键和碳-碳键连接，连接部位可发生在苯环酚羟基之间，或发生在结构单元中三个碳原子之间。木质素由于分子量大，溶解性差，没有任何规则的重复性单元或易被水解的键，因此木质素结构复杂而不规则。要有效利用秸秆，降解木质素就成为了首要解决的技术问题。国内外学者研究的降解木质素的主要途径分为：物理法、化学法、物理化学法、生物降解法。利用前三种方法衍生出的秸秆生物质能利用途径有：生物质秸秆发电、秸秆生态工业。但
3、两者均存在处理量小、利用率低、污染严重的问题。另有秸秆生物反应堆技术虽然污染小、利用率高但仍存在处理量小的问题。生物法降解秸秆木质素成为最具发展前景的方法。1、生物质秸秆发电技术研究进展[2]生物质秸秆发电主要工艺分3类:生物质锅炉直接燃烧发电、生物质-煤混合燃烧发电、生物质气化发电。其中最具前景的发电工艺为生物质气化发电。生物质秸秆气化发电技术的基本原理是把生物质秸秆转化为高品位的燃料气,再利用燃料气推动内燃机或燃气轮机发电,进行热电联产联供。这样既能解决生物质秸秆燃烧效率低,分布分散的缺点,又可以充分发挥燃气发电设备结构紧凑、污染少的优点。所以,气化发电是生物质秸秆最有
4、效、最洁净的利用方式之一。气化发电工艺主要包括3个方面:一是生物质秸秆气化,在气化炉中生物质秸秆转化为气体燃料;二是气体净化,气化后的燃气都含有一定的杂质,包括灰焦炭和焦油等,需经过净化系统把杂质除去,以保证燃气发电设备的正常运行;三是燃气发电,利用内燃机或燃气轮机进行发电。有的工艺为了提高发电效率,发电过程可以增加余热锅炉和蒸汽轮机。我国对生物质秸秆气化技术的深入研究开始于20世纪80年代。目前,国内生物质气化装置基本上是以空气为气化剂的常压固定床气化技术,如河北的ND系列,山东的XFL系列,广州的CSQ系列和云南的QL系列。其技术上存在的问题主要有:燃气质量不稳定且燃气
5、热值低;CO含量过高,不符合城市居民使用的燃气标准;燃气净化及焦油的处理技术落后;整套装置的可靠性差、使用寿命短;气化系统质量标准与施工规范尚未建立,难以实现生物质气化技术的工程化。1、秸秆生态工业建设发展[3]秸秆生态工业群具体地包括生物质能源工业、生物有机肥工业、生物农药工业、生物蛋白饲料工业、微生物饲料添加剂工业等。经过十多年的研究探索,形成了秸秆生物量全利用新的技术体系。其中最基本、最关键的是快速组分分离(汽爆)技术。1928年,美国的W.H.Mason发明了爆破制浆技术。该技术使用7～8MPa的饱和水蒸气作为介质进行爆破,只是在纤维板生产中应用。因该技术爆破压力高
6、,因此难于推广。几十年来,各国围绕这项技术进行了大量研究与实验。1980年加拿大A.Delong发明了Iotech专利,使用3.8～5.2MPa的饱和水蒸气爆破经化学预处理的木片;加拿大的Stake推出了连续爆破技术,于1.48～1.76MPa下每4min喷放一次。其他爆破工艺还有Sirop2uler,Kokta等。国内对爆破制浆的研究从80年代中期开始起步。这些工艺的共同点是针对木材,先用化学药品预处理木片,再进行爆破。这样,仍然需加入大量化学药品,造成环境污染。创新性的不添加化学药品消除污染源的爆破方法亟待开发。2、秸秆生物反应堆研究进展[5]秸秆“生物反应堆”技术是山
7、东秸秆生物工程技术研究中心研发的一项能使果菜经济作物高产优质早熟，无公害的新技术。该技术采用生物技术将秸秆转化为农作物所需要的二氧化碳、热量、抗病孢子和有机、无机养料，以此替代化肥、农药，并能够显著改善作物生态环境，促进作物的生长发育。但其存在的显著缺点有：操作繁琐、秸秆处理量低、经济效益低。1、秸秆生物转化燃料酒精研究进展[4]用纤维素酶降解木质纤维素发酵生产酒精的工艺具有反应条件温和，收得率高，成本低的优点。但目前从报道上看，纤维素酶活性不高、酶系组成不合理还未能达到工业化要求。目前的研究方向主要在高产酶菌的改
