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林木生物質化學北京市重點實驗室:讓創新技術真正為生物產業服務

   日期:2019-10-09     來源:北京市科學技術委員會    瀏覽:1112    
核心提示:林木生物質化學北京市重點實驗室(簡稱實驗室)成立于2012年5月,是北京市直接面向和解決生物質轉化為高值化材料科學與工程技術
          林木生物質化學北京市重點實驗室(簡稱“實驗室”)成立于20125月,是北京市直接面向和解決生物質轉化為高值化材料科學與工程技術問題的重點實驗室。實驗室圍繞學科國際前沿和生物質高值化利用工業的發展需求,解決生物質轉化為材料、化學品和新能源工業領域的深層次科學問題及重大工程關鍵技術,推動北京市低碳經濟模式的建立。

近年來,實驗室立足生物質化學基礎,開發出一批具有自主知識產權的關鍵技術、材料及裝備,并強化成果轉化應用,服務于生物質產業,引領和支撐我國生物質高值化利用領域的科技創新和產業可持續性發展。

技術研發瞄準產業難點

實驗室主任孫潤倉教授介紹,木質纖維生物質多級資源化利用主要存在兩個技術難點,一是木質纖維生物質全組分清潔高效分離,二是分離組分高效轉化利用與產業化集成。

眾所周知,生物質主要是由少量抽提物、半纖維素、木質素及纖維素組成。然而,我國木質纖維生物質長期處于單一組分資源化利用狀態,導致其他組分被破壞、遺棄,造成生物質資源巨大浪費。

如傳統造紙工業和纖維乙醇產業僅利用纖維素;生產1噸纖維乙醇,廢料高達5噸;特別是我國每年木質素產量超過1100萬噸,但有效利用率不到20%;糠醛及木糖醇工業僅利用半纖維素,剩余物高達75%以上,資源浪費十分嚴重。

實驗室主要開展生物質多級資源化利用

這種傳統生物質單一組分直接轉化利用,存在的弊病是資源嚴重浪費、產品附加值低、環境重度污染。

經過多年攻關,實驗室提出的木質纖維生物質多級資源化利用技術,成功解決了生物質利用單一資源化、原料嚴重浪費、環境重度污染等技術難題,首創了木質纖維生物質多級資源化利用關鍵技術體系,研發出生物活性分子產品、超高純度低聚木糖、木質素酚醛膠等八大類生物質主導產品,實現了生物質全資源化利用。

經過多年攻關,實驗室攻克了木質纖維生物質多級資源化利用技術

為企業解決老大難問題

山東龍力生物科技股份有限公司是一家專門從事生物質能源開發的企業。在雙方合作之前,該公司將水解去除半纖維素后的玉米芯殘渣(主要成分為纖維素及木質素)直接用來酶解發酵生產纖維乙醇,但由于木質素的存在,大幅降低了纖維素的酶解效率。

推動成果的轉化應用,是實驗室十分重視的工作。在實驗室依托單位北京林業大學相關部門的牽頭下,實驗室積極將木質纖維生物質多級資源化利用技術推廣到龍力生物公司。

根據企業的生產實際,孫潤倉帶領團隊提出了工程化水熱耦合稀堿處理新技術,即第一步僅水熱預處理,第二步稀堿處理分離出高純度木質素及纖維素,再分別制備木質素酚醛膠及纖維乙醇。

該新技術研發的聯產產品,超高純度低聚木糖純度大于97%,收率提高24.7%,木糖及阿拉伯糖純度大于98.5%,顯著提升了半纖維素的轉化效率。生產過程中,同時還分離出高純度工業木質素。

應用該新技術,脫除了吸附在纖維素表面的大部分木質素,增加了酶接觸纖維素的可及性,顯著提高了酶水解效率。噸乙醇所需原料由4.9-5.4 噸減少到3.2噸,噸乙醇酶成本降低35%以上,有力提升了木質纖維生物質多級資源化利用的整體經濟效益。

企業紛紛找上門要技術

與龍力生物公司的合作,使得實驗室的木質纖維生物質實現多級資源化利用技術贏得了市場的肯定和青睞。

“近年來,實驗室與北京、山東、廣東、湖南、新疆等地的實驗室、工程中心及企業開展了廣泛深入的協同創新,取得了明顯的成效。”孫潤倉介紹。

2016年,實驗室與湖南炎陵縣江陵木業有限公司合作,研究木質素基環保酚醛樹脂膠黏劑。實驗室以技術轉讓的形式,手把手教企業生產木質素基環保酚醛樹脂膠。一年的合作,雙方都取得了很好的效果。2017年,該企業生產環保酚醛樹脂膠20萬噸,大大提升了企業的盈利水平。

年青的科研人員,在技術創新、成果轉化等工作中,都做出了重要貢獻

此外,實驗室還與江蘇徐州飛亞木業有限公司合作,研究生物質木質素高強度耐候膠黏劑制備技術;與山東臨沂成宇化工有限公司合作,研發年產135000噸醋酸酯項目;與四川省西龍生物質材料科技有限公司合作,研發竹本色紙品抑菌性能提升技術;與新疆仲興生物資源開發有限公司合作,研發利用農林廢棄物開發與生產木醋液和活性炭。

實驗室十分重視區域協同創新,積極參與促進“京津冀”區域合作發展,與北京碳世紀科技有限公司合作,研究石墨烯材料應用于木材改性及特種紙加工技術;與北京市第二中學合作,開展了纖維素酶解及生物乙醇的制備研究。

鼓勵年輕人脫穎而出

隨著科研的深入,實驗室在半纖維素、木質素研究等方面取得了大量成果,發表了大量高水平SCI論文,在國際同行實驗室中分別處于領先和先進水平。重點實驗室主任孫潤倉教授牽頭完成的“木質纖維生物質多級資源化利用關鍵技術及應用”成果獲得國家技術發明獎二等獎。

在隊伍建設和人才培養方面,實驗室形成了一支本領域具有國際前沿水平的研究隊伍,正在爭取進入國家自然科學基金委創新研究群體。實驗室引進了多名高水平博士、博士后加入,并有數名年輕學者獲得國家優秀青年科學基金資助、國家杰出青年科學基金資助或成為“長江學者獎勵計劃”特聘教授。

近年來,實驗室培養了40多名較高水平的博士生、100多名碩士生。袁同琪、彭峰等一批年青人成為實驗室的骨干力量。這些年青的科研人員,在技術創新、成果轉化等工作中,都做出了重要貢獻。

孫潤倉表示,在實驗室的發展過程中,特別是在首次績效考評成績獲得“優秀”后,北京市科委設立《北京科技創新基地培育專項》的實施對實驗室的建設起到了極大的促進作用。

“實驗室要建成生物質資源利用國際領先的研究基地,成為生物質資源利用技術國際交流的重要平臺。”孫潤倉說,實驗室將圍繞國家重大需求和學科研究前沿領域,繼續加強高水平研究,發展成為知名的一流重點實驗室。

 
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