中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所（簡稱“青島能源所”）在生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化領(lǐng)域取得重要突破。研究團(tuán)隊成功提出一種新型技術(shù)方法，能夠顯著提高纖維素生物質(zhì)在厭氧發(fā)酵過程中的沼氣產(chǎn)量，為推動生物質(zhì)能源高效利用和“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)提供了新的技術(shù)路徑。

厭氧發(fā)酵是將有機(jī)廢棄物（如農(nóng)業(yè)秸稈、林業(yè)殘余物等纖維素生物質(zhì)）轉(zhuǎn)化為清潔能源——沼氣（主要成分為甲烷）的關(guān)鍵生物技術(shù)。纖維素生物質(zhì)因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以被微生物直接降解，往往導(dǎo)致發(fā)酵效率低、產(chǎn)氣周期長、甲烷產(chǎn)量有限，這是制約其大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的主要瓶頸之一。

針對這一難題，青島能源所的研究團(tuán)隊從預(yù)處理強(qiáng)化和微生物群落調(diào)控兩方面入手，開發(fā)了新型復(fù)合預(yù)處理與生物強(qiáng)化協(xié)同策略。該方法首先通過一種溫和、低能耗的物理化學(xué)耦合預(yù)處理技術(shù)，有效破壞纖維素、半纖維素和木質(zhì)素之間致密的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，增加原料的可及表面積，同時避免生成對后續(xù)發(fā)酵微生物有抑制作用的副產(chǎn)物。更重要的是，研究團(tuán)隊創(chuàng)新性地引入了特定功能菌群或酶制劑作為生物強(qiáng)化劑，與優(yōu)化后的預(yù)處理工藝相結(jié)合。這些功能微生物或酶能靶向分解預(yù)處理后暴露的纖維素和半纖維素，產(chǎn)生更多易被產(chǎn)甲烷菌利用的小分子底物，從而打通并加速了整個厭氧發(fā)酵的代謝鏈條。

實驗結(jié)果表明，采用該新型方法后，典型纖維素生物質(zhì)（如玉米秸稈）的厭氧發(fā)酵周期縮短了約30%，而單位原料的甲烷產(chǎn)率提升了40%以上，總沼氣產(chǎn)量得到顯著提高。該方法不僅提升了能源產(chǎn)出效率，還增強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，具有工藝綠色、經(jīng)濟(jì)性好的潛在優(yōu)勢。

與此為了系統(tǒng)化地支撐此類研究及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，青島能源所同步建設(shè)并完善了“生物質(zhì)能資源數(shù)據(jù)庫信息系統(tǒng)”。該系統(tǒng)集成了國內(nèi)外多種生物質(zhì)原料的物化特性、預(yù)處理方法庫、微生物菌種資源、工藝參數(shù)以及產(chǎn)氣效能數(shù)據(jù)。研究人員和工程技術(shù)人員可以通過該信息系統(tǒng)，快速查詢和匹配不同來源纖維素生物質(zhì)的最適預(yù)處理與發(fā)酵條件，進(jìn)行工藝模擬與優(yōu)化，極大地提升了研發(fā)效率和技術(shù)的普適性。該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是實現(xiàn)生物質(zhì)能精準(zhǔn)、智能開發(fā)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。

這項研究成果將高效轉(zhuǎn)化技術(shù)與信息化支撐平臺有機(jī)結(jié)合，標(biāo)志著我國在纖維素生物質(zhì)厭氧發(fā)酵制沼氣領(lǐng)域從工藝創(chuàng)新到數(shù)據(jù)驅(qū)動決策邁出了關(guān)鍵一步。青島能源所將繼續(xù)深化該技術(shù)的機(jī)理研究，推動其中試放大和示范應(yīng)用，并不斷豐富生物質(zhì)能數(shù)據(jù)庫，為我國可再生能源體系建設(shè)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)重要科技力量。