生物煉制(Biorefinery)是利用天然可再生原料,以低碳、高效、生物的方式合成化學(xué)品的生物發(fā)酵技術(shù)。該技術(shù)從根本上改變了化工、醫(yī)藥、能源等傳統(tǒng)制造業(yè)高度依賴化石原料的加工模式,也避免了“高污染”“高排放”和不可持續(xù)的問題,是生物經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。但是傳統(tǒng)的生物煉制過程預(yù)處理工藝和步驟較為復(fù)雜,存在原料利用效率低、成本高和土地利用變化造成碳債等問題,因此尋找合適的生物質(zhì)原料,提升生物煉制路線,開發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的預(yù)處理和水解方法,最大限度地提高原料利用率和減少環(huán)境影響,是進(jìn)一步完善生物煉制的重要策略,對于規(guī)?;蒙镔|(zhì)能源、實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)具有重要意義。
近日,青島能源所張海波研究員和付春祥研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊聯(lián)合中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所王倩研究員和韓國科學(xué)技術(shù)研究院Sang Yup Lee院士創(chuàng)新性地發(fā)現(xiàn),煙草可作為一種能源作物實現(xiàn)生物質(zhì)能源的高效低碳利用,助力生物煉制的可持續(xù)發(fā)展。與傳統(tǒng)的生物質(zhì)原料對比,煙葉具有水溶性高、含氮量高和木質(zhì)纖維素含量低的特點。煙葉加水滅菌后即可獲得營養(yǎng)全面且豐富、生物相容性強(qiáng)的液體。該液體可作為培養(yǎng)基直接用于原核和真核生物的培養(yǎng),也可直接用于生物基燃料和生物基化學(xué)品的生物合成。
此外,煙草是一種抗逆性強(qiáng)、耐鹽堿、生物量大、易于基因改造的大田作物,能夠很好地適應(yīng)邊際土地的環(huán)境,將其種植于邊際土地,估計每年最少可產(chǎn)出1.17×1010 Mg煙葉,理論可產(chǎn)出2.21×1012 L乙醇。生命周期評價結(jié)果也表明,與玉米秸稈乙醇相比,煙葉乙醇碳排放量減少了約27%,能耗減少了約26%。其中,生物轉(zhuǎn)化階段的碳排放量減少了約76%,耗能減少了約81%。因此,本研究通過煙葉直接滅菌作為培養(yǎng)基,省略了兩個步驟,極大地提升了生物煉制的路線,減少了碳足跡,為真正實現(xiàn)生物能源利用的碳負(fù)排放奠定基礎(chǔ)。
上述工作發(fā)表在The innovation上,青島能源所張海波、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所王倩和韓國科學(xué)技術(shù)院Sang Yup Lee為文章共同通訊作者。該工作得到國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金以及山東省泰山學(xué)者等項目的支持。
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