食品废弃物制取生物燃料技术进展

发布时间：2021-11-19 06:20

　　食品废弃物向生物燃料的能源转化是减少全球废物和生物精炼的一个重要研究方向,食品废弃物可通过厌氧消化、好氧消化和微生物发酵等过程转变成生物甲烷、生物氢、生物乙醇或生物柴油等燃料。生物甲烷生产涉及的能量转化技术主要是厌氧消化,底物组合、反应器配置都是影响消化效率的重要参数。厌氧消化的缺点是处理周期较长,参与分解的微生物对工艺条件变化较为敏感,需要进行严格的过程控制和过程优化。将食品废弃物转化为生物乙醇是非常有吸引力的选择,但由于相关研究的缺乏,对于规模化后的整体经济可行性尚需广泛和深入的评估。食品废弃物还是生产生物氢的理想底物来源,利用暗发酵-光发酵耦合技术从有机食品废弃物中制取生物氢是一种很有前景的方法,但经济上是否可行,以及暗发酵阶段的产氢效率、底物转化率和最终成本都值得怀疑。有研究人员开始研究联合使用暗发酵和厌氧消化两种技术来处理食品废弃物,以期增加氢气和甲烷的产率。焚烧也是一种废物处理和能量回收的科学方法,但可能会造成严重的环境威胁,而且干燥处理消耗能量过高,为此水热气化、水热液化和热液碳化等热处理技术被开发出来,但热处理技术更大规模的技术和经济可行性尚待进一步分析和评估。未来各项... 

【文章来源】：中外能源. 2020,25(03)

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

食品废弃物生物精炼技术及其产品

生物氢是由产氢微生物利用自身的新陈代谢途径将有机底物转化而成的，由于它的清洁性、可再生性和高热值(142.35kJ/g)，生物氢成为化石燃料最有潜力的替代能源之一。食品废弃物因其广泛的可获得性、高碳水化合物含量以及相对低廉的价格，成为生物氢生产的理想底物来源，大量农业食品废弃物、食品加工废弃物也已经显示出了较高的生物氢产率。多数研究表明，参与生物制氢的微生物主要为厌氧菌，包括肠杆菌、芽孢杆菌、梭菌和嗜热菌等，涉及到的生物制氢技术主要为厌氧暗发酵技术和光发酵技术。而近几年的文献显示，目前研究较多的是两者的耦合技术，该技术首先需要利用纤维素酶将废物中的碳水化合物降解为还原糖，然后经暗发酵产生有机酸，最后经过光发酵将有机酸转化为生物氢[14]。典型暗发酵-光发酵耦合产氢途径如图2所示。两者的联合产氢途径，能够相互补充，可显著提高生物氢产率。研究发现，发酵过程中产氢微生物对纤维素生物质的利用率是影响产氢效率的限制性因素，因此，发酵之前需用纤维素酶对纤维素类废物进行水解处理，使其转化为可发酵糖。已知有多种因素会影响纤维素酶的催化水解效率，这包括底物类型、温度、pH值等反应条件和终产物抑制(纤维二糖和葡萄糖)。为了使该技术更加经济可行，科研人员正不断开发新型和更加有效的纤维素酶，用以优化和完善纤维素预处理过程，但现在最大的问题是商业纤维素酶的成本过高，很难进行规模化应用。另外，对于含有脂质、蛋白质和复合碳水化合物的食物垃圾来说，它们是厌氧暗发酵阶段的良好基质，但是在使用前也必须要进行必要的预处理，以帮助它们降解成为简单可利用的单体。常用的方法包括研磨、预热、酸/碱/氧化剂水解、超声波辅助水解和生物法等，其中超声波可增加有机化合物在基质中的溶解度，从而增强微生物活性[15]；研磨等机械预处理有助于增加表面积、孔隙率和微生物反应性；在预处理期间添加真菌等微生物，有助于合成能够消化多糖的酶。然而，尽管这些预处理过程能够使生物氢的产率得到一定程度的提高，但处理过程中过多的能量消耗和额外增加的成本限制了它的使用。另外，多数情况下，预处理阶段因不同的处理方式或反应条件，会产生不同数量和种类的抑制剂，例如糠醛、5-羟甲基糠醛、酚类组分、香草醛或脂肪酸，这些抑制剂的出现已经确定会对暗发酵过程中生物氢的产率具有一定的负面影响[16]。


本文编号：3504461