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研究顯示:生物質轉化效率不能太低

2019-11-05 13:36:44 來源:《中國科學報》

對生物質能源的研究通常集中在能源的產生量上,但這一過程中又投入了多少能量呢?美國伊利諾伊大學農業和生物工程教授Tony Grift表示,考慮生產過程中投入了多少能量也很重要,而這一部分往往被忽略。

近日,作為一項新研究的合著者,Grift在《生物資源技術報告》上發表的論文考察了兩種常用作生物質能源生產的農(副)產品——巨芒和甘蔗渣的生物轉化效率。

“我們的目標是確定制備這些材料需要多少能量。這是對各種預處理方法及其與轉換效率關系的全面研究。”他解釋說。

之所以選擇這兩種材料,是因為它們對能源生產具有重要性。巨芒是一種典型的觀賞作物,但具有較高的生物量,容易生長且很少需要氮。甘蔗渣是甘蔗壓榨制糖后留下的副產品。

這項研究是與美國加州大學伯克利分校的化學家合作完成的。Grift表示,跨學科的方法使這項研究獨一無二,因為它考慮了整個能量平衡。伊利諾伊大學的研究人員研究了采集和預處理材料的能量消耗,而加州大學伯克利分校的化學家則專注于將生物質轉化為葡萄糖,用于制造乙醇。

研究人員定義了固有熱值(PIHV)的百分比,它可以測量生物質材料進入和離開生產過程的能量。“它告訴你一定量的生物量包含一定量的能量。你在處理上花了多少精力?你不會想讓花費超過總能量價值的5%吧?”Grift說。

研究人員對巨芒和甘蔗渣兩種材料進行了9種不同方式的預處理。預處理方法包括切割、造粒、粉碎和不同程度的壓縮。在9個處理組中,5組為巨芒,3組為甘蔗渣,1組為兩種產品的混合物。

Grift解釋,做預處理的原因是多方面的。作物收獲后,需要將其運輸到加工廠。為了提高運輸效率,材料首先要經過一個稱為粉碎的過程,即將其切碎或切成小塊,然后再進行壓縮。加工后的材料都經過相同的化學過程釋放葡萄糖。

收獲和壓縮并沒有增加多少能量。能量消耗的主要來源是粉碎或尺寸減小。這使得能量消耗達到5%。“更小的顆粒尺寸使壓縮更容易。它也有利于能源生產,因為這樣可為酶在轉化過程中的附著提供更大的表面積。但粉碎需要用掉一定的能量,因此需要權衡。”Grift說。

研究人員還評估了顆粒大小、壓縮水平和混合對生物質轉化效率的影響。結果表明,粉碎對巨芒的效率有積極影響,但對甘蔗渣沒有影響,造粒則相反。研究人員還發現,這兩種材料以50:50混合比甘蔗渣具有更高的轉化效率,但與巨芒相比沒有顯著差異。

研究結果可以用來幫助提高生物質能源的生產效率。Grift強調,“如果你想在更大的范圍內做一些事情,那么把這些過程弄清楚是非常重要的。這些結果是初步的,應該在進一步的研究中加以檢驗,或可擴展到其他產品及預處理方法。”(王方編譯)

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