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林木生物质化学北京市重点实验室:让创新技术真正为生物产业服务

   日期:2019-10-09     来源:北京市科学技术委员会    浏览:1103    
核心提示:林木生物质化学北京市重点实验室(简称实验室)成立于2012年5月,是北京市直接面向和解决生物质转化为高值化材料科学与工程技术
          林木生物质化学北京市重点实验室(简称“实验室”)成立于20125月,是北京市直接面向和解决生物质转化为高值化材料科学与工程技术问题的重点实验室。实验室围绕学科国际前沿和生物质高值化利用工业的发展需求,解决生物质转化为材料、化学品和新能源工业领域的深层次科学问题及重大工程关键技术,推动北京市低碳经济模式的建立。

近年来,实验室立足生物质化学基础,开发出一批具有自主知识产权的关键技术、材料及装备,并强化成果转化应用,服务于生物质产业,引领和支撑我国生物质高值化利用领域的科技创新和产业可持续性发展。

技术研发瞄准产业难点

实验室主任孙润仓教授介绍,木质纤维生物质多级资源化利用主要存在两个技术难点,一是木质纤维生物质全组分清洁高效分离,二是分离组分高效转化利用与产业化集成。

众所周知,生物质主要是由少量抽提物、半纤维素、木质素及纤维素组成。然而,我国木质纤维生物质长期处于单一组分资源化利用状态,导致其他组分被破坏、遗弃,造成生物质资源巨大浪费。

如传统造纸工业和纤维乙醇产业仅利用纤维素;生产1吨纤维乙醇,废料高达5吨;特别是我国每年木质素产量超过1100万吨,但有效利用率不到20%;糠醛及木糖醇工业仅利用半纤维素,剩余物高达75%以上,资源浪费十分严重。

实验室主要开展生物质多级资源化利用

这种传统生物质单一组分直接转化利用,存在的弊病是资源严重浪费、产品附加值低、环境重度污染。

经过多年攻关,实验室提出的木质纤维生物质多级资源化利用技术,成功解决了生物质利用单一资源化、原料严重浪费、环境重度污染等技术难题,首创了木质纤维生物质多级资源化利用关键技术体系,研发出生物活性分子产品、超高纯度低聚木糖、木质素酚醛胶等八大类生物质主导产品,实现了生物质全资源化利用。

经过多年攻关,实验室攻克了木质纤维生物质多级资源化利用技术

为企业解决老大难问题

山东龙力生物科技股份有限公司是一家专门从事生物质能源开发的企业。在双方合作之前,该公司将水解去除半纤维素后的玉米芯残渣(主要成分为纤维素及木质素)直接用来酶解发酵生产纤维乙醇,但由于木质素的存在,大幅降低了纤维素的酶解效率。

推动成果的转化应用,是实验室十分重视的工作。在实验室依托单位北京林业大学相关部门的牵头下,实验室积极将木质纤维生物质多级资源化利用技术推广到龙力生物公司。

根据企业的生产实际,孙润仓带领团队提出了工程化水热耦合稀碱处理新技术,即第一步仅水热预处理,第二步稀碱处理分离出高纯度木质素及纤维素,再分别制备木质素酚醛胶及纤维乙醇。

该新技术研发的联产产品,超高纯度低聚木糖纯度大于97%,收率提高24.7%,木糖及阿拉伯糖纯度大于98.5%,显著提升了半纤维素的转化效率。生产过程中,同时还分离出高纯度工业木质素。

应用该新技术,脱除了吸附在纤维素表面的大部分木质素,增加了酶接触纤维素的可及性,显著提高了酶水解效率。吨乙醇所需原料由4.9-5.4 吨减少到3.2吨,吨乙醇酶成本降低35%以上,有力提升了木质纤维生物质多级资源化利用的整体经济效益。

企业纷纷找上门要技术

与龙力生物公司的合作,使得实验室的木质纤维生物质实现多级资源化利用技术赢得了市场的肯定和青睐。

“近年来,实验室与北京、山东、广东、湖南、新疆等地的实验室、工程中心及企业开展了广泛深入的协同创新,取得了明显的成效。”孙润仓介绍。

2016年,实验室与湖南炎陵县江陵木业有限公司合作,研究木质素基环保酚醛树脂胶黏剂。实验室以技术转让的形式,手把手教企业生产木质素基环保酚醛树脂胶。一年的合作,双方都取得了很好的效果。2017年,该企业生产环保酚醛树脂胶20万吨,大大提升了企业的盈利水平。

年青的科研人员,在技术创新、成果转化等工作中,都做出了重要贡献

此外,实验室还与江苏徐州飞亚木业有限公司合作,研究生物质木质素高强度耐候胶黏剂制备技术;与山东临沂成宇化工有限公司合作,研发年产135000吨醋酸酯项目;与四川省西龙生物质材料科技有限公司合作,研发竹本色纸品抑菌性能提升技术;与新疆仲兴生物资源开发有限公司合作,研发利用农林废弃物开发与生产木醋液和活性炭。

实验室十分重视区域协同创新,积极参与促进“京津冀”区域合作发展,与北京碳世纪科技有限公司合作,研究石墨烯材料应用于木材改性及特种纸加工技术;与北京市第二中学合作,开展了纤维素酶解及生物乙醇的制备研究。

鼓励年轻人脱颖而出

随着科研的深入,实验室在半纤维素、木质素研究等方面取得了大量成果,发表了大量高水平SCI论文,在国际同行实验室中分别处于领先和先进水平。重点实验室主任孙润仓教授牵头完成的“木质纤维生物质多级资源化利用关键技术及应用”成果获得国家技术发明奖二等奖。

在队伍建设和人才培养方面,实验室形成了一支本领域具有国际前沿水平的研究队伍,正在争取进入国家自然科学基金委创新研究群体。实验室引进了多名高水平博士、博士后加入,并有数名年轻学者获得国家优秀青年科学基金资助、国家杰出青年科学基金资助或成为“长江学者奖励计划”特聘教授。

近年来,实验室培养了40多名较高水平的博士生、100多名硕士生。袁同琪、彭峰等一批年青人成为实验室的骨干力量。这些年青的科研人员,在技术创新、成果转化等工作中,都做出了重要贡献。

孙润仓表示,在实验室的发展过程中,特别是在首次绩效考评成绩获得“优秀”后,北京市科委设立《北京科技创新基地培育专项》的实施对实验室的建设起到了极大的促进作用。

“实验室要建成生物质资源利用国际领先的研究基地,成为生物质资源利用技术国际交流的重要平台。”孙润仓说,实验室将围绕国家重大需求和学科研究前沿领域,继续加强高水平研究,发展成为知名的一流重点实验室。

 
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