食品廢棄物向生物燃料的能源轉(zhuǎn)化是減少全球廢物和生物精煉的一個(gè)重要研究方向,食品廢棄物可通過厭氧消化、好氧消化和微生物發(fā)酵等過程轉(zhuǎn)變成生物甲烷、生物氫、生物乙醇或生物柴油等燃料。生物甲烷生產(chǎn)涉及的能量轉(zhuǎn)化技術(shù)主要是厭氧消化,底物組合、反應(yīng)器配置都是影響消化效率的重要參數(shù)。厭氧消化的缺點(diǎn)是處理周期較長,參與分解的微生物對(duì)工藝條件變化較為敏感,需要進(jìn)行嚴(yán)格的過程控制和過程優(yōu)化。將食品廢棄物轉(zhuǎn)化為生物乙醇是非常有吸引力的選擇,但由于相關(guān)研究的缺乏,對(duì)于規(guī)模化后的整體經(jīng)濟(jì)可行性尚需廣泛和深入的評(píng)估。食品廢棄物還是生產(chǎn)生物氫的理想底物來源,利用暗發(fā)酵-光發(fā)酵耦合技術(shù)從有機(jī)食品廢棄物中制取生物氫是一種很有前景的方法,但經(jīng)濟(jì)上是否可行,以及暗發(fā)酵階段的產(chǎn)氫效率、底物轉(zhuǎn)化率和最終成本都值得懷疑。有研究人員開始研究聯(lián)合使用暗發(fā)酵和厭氧消化兩種技術(shù)來處理食品廢棄物,以期增加氫氣和甲烷的產(chǎn)率。焚燒也是一種廢物處理和能量回收的科學(xué)方法,但可能會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境威脅,而且干燥處理消耗能量過高,為此水熱氣化、水熱液化和熱液碳化等熱處理技術(shù)被開發(fā)出來,但熱處理技術(shù)更大規(guī)模的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性尚待進(jìn)一步分析和評(píng)估。未來各項(xiàng)... 

【文章來源】：中外能源. 2020,25(03)

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

食品廢棄物生物精煉技術(shù)及其產(chǎn)品

生物氫是由產(chǎn)氫微生物利用自身的新陳代謝途徑將有機(jī)底物轉(zhuǎn)化而成的，由于它的清潔性、可再生性和高熱值(142.35kJ/g)，生物氫成為化石燃料最有潛力的替代能源之一。食品廢棄物因其廣泛的可獲得性、高碳水化合物含量以及相對(duì)低廉的價(jià)格，成為生物氫生產(chǎn)的理想底物來源，大量農(nóng)業(yè)食品廢棄物、食品加工廢棄物也已經(jīng)顯示出了較高的生物氫產(chǎn)率。多數(shù)研究表明，參與生物制氫的微生物主要為厭氧菌，包括腸桿菌、芽孢桿菌、梭菌和嗜熱菌等，涉及到的生物制氫技術(shù)主要為厭氧暗發(fā)酵技術(shù)和光發(fā)酵技術(shù)。而近幾年的文獻(xiàn)顯示，目前研究較多的是兩者的耦合技術(shù)，該技術(shù)首先需要利用纖維素酶將廢物中的碳水化合物降解為還原糖，然后經(jīng)暗發(fā)酵產(chǎn)生有機(jī)酸，最后經(jīng)過光發(fā)酵將有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為生物氫[14]。典型暗發(fā)酵-光發(fā)酵耦合產(chǎn)氫途徑如圖2所示。兩者的聯(lián)合產(chǎn)氫途徑，能夠相互補(bǔ)充，可顯著提高生物氫產(chǎn)率。研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵過程中產(chǎn)氫微生物對(duì)纖維素生物質(zhì)的利用率是影響產(chǎn)氫效率的限制性因素，因此，發(fā)酵之前需用纖維素酶對(duì)纖維素類廢物進(jìn)行水解處理，使其轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵糖。已知有多種因素會(huì)影響纖維素酶的催化水解效率，這包括底物類型、溫度、pH值等反應(yīng)條件和終產(chǎn)物抑制(纖維二糖和葡萄糖)。為了使該技術(shù)更加經(jīng)濟(jì)可行，科研人員正不斷開發(fā)新型和更加有效的纖維素酶，用以優(yōu)化和完善纖維素預(yù)處理過程，但現(xiàn)在最大的問題是商業(yè)纖維素酶的成本過高，很難進(jìn)行規(guī)�；瘧�(yīng)用。另外，對(duì)于含有脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和復(fù)合碳水化合物的食物垃圾來說，它們是厭氧暗發(fā)酵階段的良好基質(zhì)，但是在使用前也必須要進(jìn)行必要的預(yù)處理，以幫助它們降解成為簡單可利用的單體。常用的方法包括研磨、預(yù)熱、酸/堿/氧化劑水解、超聲波輔助水解和生物法等，其中超聲波可增加有機(jī)化合物在基質(zhì)中的溶解度，從而增強(qiáng)微生物活性[15]；研磨等機(jī)械預(yù)處理有助于增加表面積、孔隙率和微生物反應(yīng)性；在預(yù)處理期間添加真菌等微生物，有助于合成能夠消化多糖的酶。然而，盡管這些預(yù)處理過程能夠使生物氫的產(chǎn)率得到一定程度的提高，但處理過程中過多的能量消耗和額外增加的成本限制了它的使用。另外，多數(shù)情況下，預(yù)處理階段因不同的處理方式或反應(yīng)條件，會(huì)產(chǎn)生不同數(shù)量和種類的抑制劑，例如糠醛、5-羥甲基糠醛、酚類組分、香草醛或脂肪酸，這些抑制劑的出現(xiàn)已經(jīng)確定會(huì)對(duì)暗發(fā)酵過程中生物氫的產(chǎn)率具有一定的負(fù)面影響[16]。


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