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從生物質(zhì)抗?jié)B流屏障的認知到生物質(zhì)煉制技術的突破

生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)難以突破技術經(jīng)濟關的本質(zhì)因素是植物生物質(zhì)在長期進化過程中形成的抵抗物理、化學和生物作用的天然屏障。認知這些本征反應和傳質(zhì)屏障如何抑制外加煉制作用是實現(xiàn)生物質(zhì)煉制技術突破的基礎。2007年，科學家們從生物學角度提出生物質(zhì)抗降解屏障的概念并圍繞其展開系統(tǒng)的研究，旨在揭示生物質(zhì)抵抗微生物及酶降解的各種特性。而在這里降解是指有機物大分子降解為小分子的過程，是纖維素酶或微生物與底物接觸后的降解過程，因此不能體現(xiàn)酶、微生物包括各種促進抑制因子和降解產(chǎn)物的傳遞過程。但植物生物質(zhì)的降解是動態(tài)過程，且植物生物質(zhì)有多孔介質(zhì)的特性及其相應的傳質(zhì)特點。因此，在生物質(zhì)抗降解屏障研究的基礎上，基于生物質(zhì)多孔結(jié)構本質(zhì)，引進多孔介質(zhì)滲流傳質(zhì)理論，從過程工程角度提出生物質(zhì)抗?jié)B流屏障的概念，有助于真正突破生物質(zhì)煉制的技術經(jīng)濟關。

植物生物質(zhì)抗?jié)B流屏障是指植物生物質(zhì)多孔結(jié)構對傳質(zhì)的阻力。滲流屏障的概念是對抗降解屏障概念的提升，主要體現(xiàn)在三個方面：①滲流屏障強調(diào)流體在底物中傳遞的全過程，包括接觸底物和離開底物兩個過程；②滲流屏障的研究對象是植物生物質(zhì)的完整結(jié)構，是植物生物質(zhì)堆積形成的特殊多孔傳質(zhì)過程；③滲流屏障是從過程工程的角度解析植物生物質(zhì)的煉制，涵蓋了生物學和植物學的內(nèi)容。

生物質(zhì)抗?jié)B流屏障的提出，為生物質(zhì)煉制技術提出了工程學的方向性指標，可有效評價煉制技術，并為構建生物質(zhì)煉制集成技術體系提供理論支持和探索途徑。作為生物質(zhì)煉制過程中關鍵預處理手段，汽爆技術能夠從源頭上實現(xiàn)對生物質(zhì)本征屏障的破壞。從生物質(zhì)抗?jié)B流屏障角度，解析了汽爆過程作用機制。通過構建汽爆、多孔結(jié)構、傳質(zhì)、酶解之間的相互關系，發(fā)現(xiàn)汽爆改變了秸稈不同器官的孔徑分布，提高孔隙率，最終使汽爆后玉米秸稈從非飽和狀態(tài)到滲流過程關鍵傳質(zhì)參數(shù)得到改進，促進酶解。而閾壓值是影響酶解的主導因素，閾壓值越小，酶解率越高。這一點充分說明從多孔介質(zhì)的角度解析酶解傳質(zhì)過程是科學的，多孔介質(zhì)滲流傳質(zhì)理論為植物生物質(zhì)煉制提供了工程學上的理論基礎。在此基礎上，本期《基于生物質(zhì)物料特性的汽爆過程解析》探討了生物質(zhì)物料特性與汽爆過程的關系，為不同物料要求下汽爆工藝參數(shù)選取提供理論指導。針對生物質(zhì)煉制過程中木質(zhì)素難以直接利用的問題，本期《木質(zhì)素分級方式及其對產(chǎn)品性能的影響》介紹了基于分子量分散性的木質(zhì)素分級利用技術，依據(jù)各級分木質(zhì)素特點和產(chǎn)品性能有針對性地加以利用，促進木質(zhì)素產(chǎn)品穩(wěn)定化和高值化發(fā)展。在生物質(zhì)抗?jié)B流屏障指導下，突破原有低效高耗的組分拆分和轉(zhuǎn)化模式，本期《萬噸級乙醇秸稈汽爆煉制產(chǎn)業(yè)化技術與示范》構建了具有自主知識產(chǎn)權的纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化技術體系，實現(xiàn)了秸稈資源的分級煉制多聯(lián)產(chǎn)和秸稈乙醇生產(chǎn)的連續(xù)規(guī)?；?jīng)濟運行，具有重要的示范和推廣價值。