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秸秆变废为宝,科研助力美丽中国


时间:[2018-3-20]   作者:[周维维 于雅男]   点击率:[835]次

我国是农业大国, 农林废弃秸秆非常多, 秸秆的种类随季节变化而变化, 量大、 低值、 体积大、不便运输,由于含有木质纤维素,大多数动物不能消化, 而其自然降解的过程又极其缓慢, 因此很容易导致以堆积、 荒烧的形式直接倾入环境, 造成极大的环境污染和资源浪费。近年来,农业机械化收割的普及,让留在地里的秸秆茬更高也更多了。农村耕牛减少,饲料消化量相应减少。农户烧煤用电的普及,也取代了以往对秸秆的大量消耗。尤其到夏收、秋收时节,秸秆的集中燃烧对空气污染影响很大。也因此,秸秆综合利用一直是人们关注热点,近年来涌现出利用秸秆造纸、制造有机肥、培育食用菌等等多种有益探索。

“实际上,秸秆的价值比这要大的多。完全可以通过科技的力量创造更大的财富。” 目前,青岛农业大学生命科学学院国际创新团队、杨建明教授团队,在利用秸秆当中的木质纤维素降解液合成清洁能源前体物领域,取得重要进展,相关研究结果发表在生物工程技术领域 Top 期刊 Biotechnology forBiofuels 上。团队利用秸秆木质纤维素酶解液,通过生物发酵的方式,获得了高密度燃料的前体物 (异戊二烯 ), 从而获得可再生生物燃料。

贯彻"十九大"精神,走在美丽中国的科研前列

青岛农业大学杨建明教授的团队国内包括8 位老师(其中 1 位教授, 3 位副教授) 、 5 名研究生,国外包括在生物能源领域享有国际声誉的美国科学院院士Caroline S. Harwood(卡罗琳∙哈伍德),以及美国华盛顿大学4 名国际科研工作者。这种国际化的研究团队在科研中不断用世界最新的理念和方式进行碰撞,对关键技术进行充分的交流研讨。

“以科研的力量探索绿色发展、绿色生活之路,是我们责无旁贷的使命。我们注意到,世界秸秆资源十分丰富, 仅我国年产量就达7 亿吨左右,相当于 5 亿吨标煤, 而目前实际使用量仅为 2.2 亿吨左右。”据杨教授介绍, 所谓生物燃料, 一般指来自于非粮食原料的交通运输用燃料。近年来,随着全球面临的能源依赖度逐年提高、 温室气体排放不断增加, 因国际能源市场价格波动而带来更大的风险, 世界各国纷纷重视生物燃料的研究。

“生物燃料具有 ‘可持续性’ , 因此它有着良好的发展前景, 但也存在一系列技术瓶颈、 环境、 生产成本及原料多样性的问题需要解决。 先进、 清洁的生物燃料的研发, 已成为工业生物技术的重要研究方向。我们团队的研究项目,就是响应十九大号召, 利用农林废弃物制备清洁生物燃料, 可以有效解决环境问题。更重要的是,比简单的秸秆造纸更有经济价值。” 杨建明说。

另辟蹊径,贴近民生再深研

据杨教授介绍,当前, 限制木质纤维素利用的主要瓶颈问题是如何低成本、 高效率地去除木质素分子, 破坏木质纤维素的晶体结构,从而使纤维素酶能够高效地接触底物纤维素,使其降解为微生物可发酵的单糖。国内外许多团队都在做这方面研究, 有的利用酸碱处理, 有的利用高温高压方式处理……方法各有不同,但都没能避免得了成本高、 能耗大或污染重等问题。

经过无数次失败后, 功夫不负有心人, 团队最终成功探索出一种高效破坏木质纤维素分子结构的预处理方法———磷酸和过氧化氢组合法。 该方法与传统物理化学预处理方法相比, 具有效率高、 低成本、 能耗低等明显优点。而且在处理后的酶解液中,此种方法不会出现发酵抑制物, 因此也不用采取脱毒方式去除发酵抑制物, 大大减少了试验时间和实验成本。

高端引智,国际化科研提升产学研水平

2017年,在生物能源、微生物生理学领域享有国际声誉的卡罗琳∙哈伍德院士受聘学校客座教授,与杨建明教授组建团队,将最新、最先进的理念和成果引入学校,协助建设特色、高水平研究团队。该研究得到国家外国专家高端引智项目等项目资助。

除杨建明教授团队的“农林废弃物资源化利用关键技术研究”项目外, 2017年,该校还有3项海外引智项目成功入选国家外国专家局“高端外国专家项目”,包括“耐药性风险控制与新药开发”项目、“抗革兰氏阴性菌的高效天然抗菌药高通量筛选及开发”项目、“驴品系选育与配套饲养管理技术标准体系构建”项目。此外杨建明教授团队的“基于CO2高效利用的先进生物制造”项目获批省高端外国专家项目。这些项目,使学校外专引智工作取得了突破性进展,有力地促进了学校国际化建设,提升了科研对接产业需求的能力和水平。   

据了解,目前以改变传统利用方式为核心的秸秆收集利用依然存在渠道不宽、空间有限的问题。秸秆综合利用可消耗秸秆数量有限,很多秸秆除了用于焚烧发电外,尚无其它工业利用途径,总体来说,秸秆利用转化增值的空间不大,利用结构与布局不尽合理,产业效益有待进一步提高。

“科研必须真真正正将先进技术运用到实际生产生活中。 特别是我们学校是‘农’ 字头高校, 切实服务三农、 为农民谋福利, 是我们做科研的真正意义所在。 ” 杨建明教授表示,团队下一步将继续做深现有课题研究,技术成熟后与企业合作, 向产业化方向发展,最终实现使农林废弃物资源的利用价值达到最大化, 降低燃料的生产成本, 提高农民收入。

                                                   (编辑:纪粹琳  审核:姜森)

 
  
 
 
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