迈向减废型生物精炼厂：整合草类的发酵与水热黄腐化处理

《Visual Informatics》：Toward Waste-Minimising Biorefineries: Integrating Fermentation and Hydrothermal Fulvification of Grass

　　

萨曼·戈巴迪安|罗兰德·施耐德|朱莉娅·伊斯基亚|马库斯·费舍尔|奥斯瓦尔多·罗梅罗·罗梅罗|约阿希姆·维纳斯|托马斯·霍夫曼|芭芭拉·施特姆|维拉·苏珊娜·罗特尔|马蒂亚斯·克劳梅|纳德尔·马尔兹班

摘要

基于生物化学的生物精炼厂通常能有效利用农业废弃物，但很少实现碳的全量利用，导致大量下游固体和液体未被充分利用。本研究提出了一种发酵-水热富里酸化相结合的策略，可将草类生物质转化为乳酸和人工腐殖质。酸预处理后，样品中的总糖含量可达45.1克/升，乳酸含量最高可达36克/升；而碱预处理后的样品总糖含量为37.1克/升，乳酸含量为29.7克/升，且抑制剂含量更低。在强碱性条件下进行水热富里酸化处理后，富含木质素的发酵残留物可转化为氢炭，其产率在21.2%到45.4%之间，同时还能生成含量高达10.8%的人工腐殖酸，其碳含量可达74.5%。氧碳比的显著下降表明发生了脱水与缩合反应。工艺产生的液体中总有机碳含量可达36.2克/升，其中含有有机酸，包括在碱性水热富里酸化条件下原位生成的乳酸，其含量最高可达9.9克/升，此外还含有浓度高达1121毫克/升的酚类化合物。光谱学和胶体分析证实，这些物质会分离为富含腐殖质的固体和类富里酸的溶解性有机物。发酵后的残留物经此方法处理后得到的腐殖酸产量与直接对原始草类材料进行水热富里酸化处理的产量相当，这说明上游的乳酸生产并不会影响下游的腐殖质生成过程。通过将剩余的固体残留物通过水热富里酸化处理转化为无需进一步分离的人工腐殖质，该集成系统有助于实现减少废弃物的生物精炼模式，让所有主要成分都能作为产品得到利用，同时降低未经处理残留物带来的生物风险和温室气体排放风险。