近年來，我國高度重視秸稈綜合利用工作，建立了秸稈綜合利用協(xié)調(diào)機制，研究推進秸稈綜合利用的相關(guān)政策和重大問題，先后出臺了一系列政策，進一步推動秸稈綜合利用和禁燒工作。雖然秸稈綜合利用工作取得了一定成效，但仍然存在秸稈收貯運難、配套農(nóng)機不足、作業(yè)標準不完善、收貯運體系制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展、利用技術(shù)有待進一步提高等問題。為此，全國政協(xié)主席俞正聲于2016年7月7日下午在京主持召開第52次雙周協(xié)商座談會，委員們在會上圍繞“加強農(nóng)作物秸稈綜合利用”建言獻策。秸稈制備生物燃氣進行能源化利用是秸稈綜合利用的重要手段之一。
目前，我國厭氧消化制備生物燃氣的主要原料是畜禽糞污和工業(yè)有機廢水廢渣，且以該類原料制備生物燃氣的技術(shù)已經(jīng)成熟。然而，秸稈沼氣技術(shù)目前還不成熟，復雜的木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)是阻礙其生物降解和利用的主要因素，不均衡的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)（C/N）和濕式發(fā)酵原料上浮性是秸稈沼氣大規(guī)模應(yīng)用的障礙。由于秸稈找不著有效的出路，秸稈禁燒始終難以徹底解決。因此，針對秸稈厭氧消化制備生物燃氣存在的瓶頸，有必要研究低成本低能耗的秸稈預處理技術(shù)、開發(fā)與秸稈原料特性相適應(yīng)的厭氧消化工藝，提高秸稈原料降解率、產(chǎn)氣率，縮短發(fā)酵停留時間，提高厭氧消化系統(tǒng)穩(wěn)定性。
針對秸稈厭氧消化制備生物燃氣存在的技術(shù)瓶頸，中國科學院成都生物研究所李東副研究員從秸稈厭氧水解和產(chǎn)甲烷動力學、秸稈強化水解產(chǎn)甲烷工藝、秸稈與糞便混合消化等3個方面開展相關(guān)研究。前期已經(jīng)完成了秸稈厭氧水解和產(chǎn)甲烷動力學研究，相關(guān)成果已經(jīng)發(fā)表在Energy。目前在秸稈厭氧水解和產(chǎn)甲烷動力學研究的基礎(chǔ)上，提出了中溫厭氧消化-水熱處理-高溫厭氧消化（M-H-T）的秸稈厭氧消化制備生物燃氣新工藝，該工藝的特點在于先進行中溫厭氧消化，將溶解性糖類、易水解半纖維素和易水解纖維素甲烷化，然后再進行高溫水熱處理強化木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)水解，最后進行高溫厭氧消化。該方法不僅提高了木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)的水解效率，還避免了溶解性糖類在高溫條件下進一步降解生成羥甲基糠醛等厭氧消化抑制物，也避免了溶解性糖類和氨基酸/蛋白質(zhì)在高溫條件下生成梅拉德反應(yīng)產(chǎn)物，從而消耗厭氧消化產(chǎn)甲烷可利用的碳源。該工藝與傳統(tǒng)中溫厭氧消化相比，甲烷產(chǎn)率提高20%；與傳統(tǒng)高溫厭氧消化相比，甲烷產(chǎn)率提高17%；與先水熱處理再中溫厭氧消化相比，甲烷產(chǎn)率提高31%。該M-H-T工藝可以和生物燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）工藝結(jié)合，將生物燃氣發(fā)電余熱用于秸稈的水熱處理和中高溫厭氧消化的增溫保溫。
本研究得到了國家自然科學基金、中國科學院重要方向項目、國家科技支撐計劃項目的支持。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Bioresource Technology.