[发明专利]一种木质纤维素生物质的高效转化利用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种木质素纤维素生物质（如秸秆）的转化利用方法，可以实现木质纤维素生物质的高效转化，用以生产饲料、肥料及能源产品。

背景技术

中国经济快速发展的同时带来了资源及能源短缺问题和严重的环境破坏，因此，绿色可再生资源及能源的开发和利用变得愈感迫切。植物光合作用合成的木质纤维素类生物质（如农作物秸秆）是可再生资源。秸秆经生物转化技术路线生产生物基产品，使用过程释放的CO₂能够被植物光合作用吸收，形成一个完整的、对环境友好的生态循环。中国年产各类农作物秸秆9亿吨，经生物转化，每年可利用价值达几万亿人民币。由于资源丰富和价格相对便宜，秸秆综合利用可以有效缓解以下问题：

1）饲料蛋白短缺。随着畜牧业的发展，保证家畜必需的蛋白饲料越来越缺乏。在20世纪末，全球的蛋白质短缺量约为2500万吨，中国蛋白质饲料的缺口每年至少达1200万吨。秸秆经生物转化生产微生物单细胞蛋白，是缓解饲料蛋白紧缺的有效途径。

2）化肥大量使用的危害。中国已是世界上最大的化肥生产国。尽管耕地面积还不到全世界总量的10%，但中国的化肥施用量却接近世界总量的1/3。过量使用化肥不仅使土壤养分单一、肥力迅速下降，严重影响作物品质，而且会导致污染物流失，破坏生态环境。由于吸收来自化肥的化学物残留，施用化肥的农产品还会危害人体健康。利用秸秆生产有机肥料替代化肥，可大幅度降低化肥使用量。

3）能源短缺及环境污染。中国的石油资源严重短缺，中石油经济技术研究院发布《2014年国内外油气行业发展报告》表明，2014年中国石油消费达到5.18亿吨，其中进口量为3.08亿吨，占消费总量的比例约为60%；另一方面，当前中国生态环境问题特别严重，国际能源署（International Energy Agency，IEA）发布的数据显示，2013年中国以CO2总排量83亿吨位居世界第一，汽油和柴油等燃烧产生的车辆尾气不仅是大气环境中CO2的主要来源，而且车辆尾气中的颗粒物、NOX和SOX等污染物更是大中城市雾霾天气多发的主要原因之一。利用秸秆生产清洁可再生生物燃料，其潜在规模达3亿吨，可有效缓解石油短缺和环境污染。

目前木质纤维素生物质（如秸秆）利用的途径有以下几种：

1.经过粗粉碎，加入微生物制剂，然后通过密封固态贮存发酵制作青储或黄储饲料。该方法采用固体发酵，发酵条件（如温度、pH值）可控性差，木质纤维素转化率低，发酵效果不好，可利用营养成分增加不显著，产品附加值小；

2.经过粗粉碎，加入鸡粪等混合，通过固态堆肥制作肥料。该方法同样存在发酵条件可控性差，木质纤维素转化率低，发酵效果不好，产品附加值小等问题；

3.经过粗粉碎或其它预处理，加入猪粪等混合，放入沼气池生产沼气。利用木质纤维素生物质生产沼气时沼气池反应条件（如温度、pH）没有有效控制，固体物质停留在沼气池中的时间长（如几个星期到几个月），木质纤维素转化率低，经济效益差；

4.经过粉碎，高温高压预处理，加入纤维素、半纤维素酶水解，加入酵母等微生物生产乙醇或微生物菌体蛋白。利用木质纤维素生物质生产乙醇或微生物菌体蛋白时原料通常需要经过高温高压预处理，设备投资成本高，纤维素、半纤维素酶价格高，总体生产成本高，没有经济效益，目前基本没有大规模工业化应用。

综上所述，现有的利用方法要么效率低，要么生产成本高。由于没有有效的综合开发利用技术，常有农户违禁焚烧秸秆，严重污染环境。

本发明的目的在于利用特种微生物菌种自身分泌的纤维素、半纤维素水解酶，通过可控液态深层发酵，实现木质纤维素生物质的高效转化，生产饲料、肥料及能源产品。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的一个或多个不足，提供一种改进的木质素纤维素生物质（如秸秆）的加工方法，该方法成本低，可控性好，木质纤维素转化率高。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：

一种木质纤维素生物质的高效转化利用方法，所述方法包括将木质纤维素生物质原料与微生物混合进行发酵得到发酵产物的步骤，其中，使所述发酵在水中、pH 为4.5-9.5、温度为30-95摄氏度以及厌氧条件下进行，所述微生物为选自自产纤维素酶的菌株中的一种或多种的组合；或者所述微生物为选自自产纤维素酶的菌株中的一种或多种与选自自产半纤维素酶的菌株中的一种或多种的组合。