瞬時彈射式蒸汽爆破處理生物質的能量模型及能耗理論分析

任天寶，高衛鍇，蘇同福，于正道，袁杭州，徐桂轉，宋安東，張百良

（1. 河南農業大學，河南省生物炭工程技術研究中心，河南 鄭州 450002；2. 河南省破壁生物技術研究院，河南 鄭州 450002；3. 廣東中煙工業有限責任公司，廣東 廣州 510032；4. 清華蘇州環境創新研究院，江蘇 蘇州 215011）

資源豐富的生物質作為重要的可再生資源，是潛在的生物能源和生物煉制的基礎原料[1]。生物質高效預處理技術是實現生物質資源轉化利用的關鍵技術，生物乙醇、生物制氫及生物油脂等都是建立在生物質預處理技術平臺的基礎之上[2-3]。因此，探索高效、低成本的生物質預處理技術是實現“生物煉制時代”的重要途徑和保障[4]。蒸汽爆破技術由于具有處理時間短、化學試劑用量少、無污染、能耗低等優點，被認為是最有效的預處理方法之一[5]，其作用原理主要有原料的熱降解作用、蒸汽瞬間釋放的類機械斷裂作用、纖維素分子內和分子間氫鍵破壞作用、纖維素分子鏈斷裂并發生結構重排作用[6]。

目前，蒸汽爆破技術已成功應用于纖維燃料乙醇生物轉化、秸稈厭氧發酵、生物肥料、動物飼料、中草藥提取、木質纖維板材的預處理以及生物煉制等領域的研究中[7-9]。覃錦程等[10]應用蒸汽爆破增強了離子液體對水稻秸稈的預處理效果，其酶解糖收率比單純使用離子液體時升高了14.83%（Emim-Ac）和13.14%（Emim-Cl），糖收率最高達97.00%，有效提升了離子液體的預處理效果。李春美等[11]的研究結果表明，1 kg 能源草（干重）蒸汽爆破處理后通過乙醇-甲烷聯產最高可生產127.3 g乙醇和124.7 g甲烷，全纖維素轉化率高達92.8%。……