中國科學(xué)院廣州能源研究所是從事清潔能源工程科學(xué)領(lǐng)域

1、中國科學(xué)院廣州能源研究所是從事清潔能源工程科學(xué)領(lǐng)域的高技術(shù)研究與發(fā)展的研究所，其戰(zhàn)略任務(wù)是開拓新能源與可再生能源的原始創(chuàng)新與技術(shù)集成，堅持研究與實踐相結(jié)合的發(fā)展思路，積極投身于前瞻性新技術(shù)的研發(fā)，目前已開發(fā)出多項新能源領(lǐng)域的應(yīng)用新技術(shù)，主要包括：1燃料乙醇自中國科學(xué)院廣州能源研究所設(shè)立生物質(zhì)制取乙醇方向至今，在技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用方面取得了豐碩的成果，先后承擔(dān)了國家科技攻關(guān)項目，國家“863 項目” ，國家自然科學(xué)基金項目，中國科學(xué)院知識創(chuàng)新項目等國家、省市項目10 余項。通過對燃料乙醇技術(shù)的研究， 開發(fā)出了從原料收集、 篩選到乙醇發(fā)酵提純以及廢水處理等多項具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，涵蓋燃料乙醇的每個

2、生產(chǎn)環(huán)節(jié)， 并開發(fā)出了針對每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)所產(chǎn)生副產(chǎn)物的利用技術(shù)。整條工藝過程中， 生產(chǎn)技術(shù)環(huán)環(huán)相扣，各步產(chǎn)生的化合物得到了充分的利用，減少三廢處理費用， 形成了節(jié)能環(huán)保的生產(chǎn)鏈， 有效地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的競爭力。目前主持和參與的具有代表性的項目如下：1）中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重大項目（kscx1-yw-11-a3 ） ：纖維素乙醇的高溫發(fā)酵和生物煉制 -木質(zhì)纖維素原料的水解過程工藝，項目時間：2008-2011 ；該項目所開發(fā)出的溶解性可調(diào)節(jié)載體eudragit l-100 固定纖維素酶和磁性微球直接固定化纖維素酶技術(shù)， 具有較高的應(yīng)用價值， 可以將纖維素酶回收再利用，有效地降低了燃料乙醇的

3、生產(chǎn)成本。 利用以上兩種酶對高溫液態(tài)水預(yù)處理的桉木進(jìn)行水解實驗，水解率達(dá)到90%以上，酶反復(fù)使用6次后，酶活保留70%以上。該技術(shù)處于世界先進(jìn)行列，目前已經(jīng)發(fā)表和接受論文16 篇，其中包括影響因子大于 4 的 sci 論文 3 篇，申請專利 3 項。2）中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重要方向項目（kscx2-yw-g-063 ） ：木質(zhì)纖維素高效水解制丁醇及生物汽油關(guān)鍵技術(shù)，項目時間：2009.1-2011.12 ；承擔(dān)子課題 1-木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)高效水解工藝， 對不同種類生物質(zhì)進(jìn)行了超低酸 -固定化酶工藝優(yōu)化，開發(fā)出s-is互變載體固定化酶，半纖維素水解率和纖維素分別達(dá)到 90%以上，并完成了連續(xù)

4、水解裝置的設(shè)計。 共發(fā)表（接受）sci/ei論文 5 篇，會議論文 3 篇，申請相關(guān)專利3 項。3）國家自然科學(xué)基金項目 （50776093） ：木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)超低酸高效糖化的機理研究，項目時間：2007-2010；主要開展了： 1、對以硫酸為代表的無機酸和以馬來酸為代表的有機酸對纖維素?；锏某退崴膺M(jìn)行了機理及動力學(xué)研究；2 在以響應(yīng)面法對纖維素?；镞M(jìn)行工藝優(yōu)化的基礎(chǔ)上，展開了金屬鹽助催化劑水解的試驗及機理研究；3以高溫液態(tài)水法對不同種類的生物質(zhì)（稻稈、桉木）進(jìn)行了動力學(xué)和機理研究。搭建小型超低馬來酸機理研究試驗臺一套，申請發(fā)明專利1 項，參加學(xué)術(shù)交流2次（國際會議 1 次） ，發(fā)

5、表（收錄） sci/ei 論文 5 篇，其中兩篇 sci 論文影響因子在 4 以上。4）國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃 (863 計劃)（2007aa100702-4） ：木質(zhì)纖維素原料生物高效轉(zhuǎn)化技術(shù)及產(chǎn)品-纖維素酶、半纖維素酶的水解技術(shù)及超低酸預(yù)處理技術(shù)，項目時間： 2007.12-2010.9 ；采用超低酸法對生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理，提出兩步高溫液態(tài)水預(yù)處理的方法，結(jié)合國產(chǎn)商業(yè)化纖維素酶，使半纖維素水解率達(dá)95以上，纖維素降解率達(dá)8590；開發(fā)出 s-is 互變載體固定化酶，連續(xù)使用7 次后，酶活保留率和蛋白保留量都在70%以上。各項指標(biāo)達(dá)到要求，配合課題組圓滿完成中期考核，2009年度申請相關(guān)專利3

6、 項，發(fā)表高水平論文12 篇，其中 sci/ei 收錄論文 7 篇。5）國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（ 863 計劃） （2009aa05z436） ：甜高粱莖稈生產(chǎn)燃料乙醇新工藝，項目時間：2009.6-2011.5 在本項目實施的半年中， 已聯(lián)系獲得甜高粱汁發(fā)酵后的甜高粱渣原料，已用多種分析方法完成其組分分析， 發(fā)現(xiàn)該物料非常適合纖維乙醇的生產(chǎn)，相應(yīng)的工藝優(yōu)化已在新搭建的壓縮滲濾試驗臺上展開。6）國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）(2007aa05z406 )：纖維素及木素酶固定化技術(shù)及其流化床反應(yīng)器研究，項目時間：2007.12-2010.11 ；深入開展可溶 -不可溶載體固定化纖維素酶水解

7、特性、水解動力學(xué)等研究，同時也開展了磁性微球固定化纖維素酶研究。目前已經(jīng)接收或發(fā)表文章14 篇，其中 sci/ei 收錄 5 篇，國際會議論文1 篇，申請專利 3 項。7）中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重要方向項目（kscx2-yw-335 ） ：生物質(zhì)合成氣乙醇發(fā)酵新工藝研究，項目時間：2008.10-2010.10 ；主要開展了合成氣制備及凈化、 合成氣發(fā)酵菌株生理生化特征、 合成氣發(fā)酵菌株低成本培養(yǎng)基開發(fā)、 合成氣發(fā)酵菌株能量轉(zhuǎn)化、 物質(zhì)代謝規(guī)律及高氣液傳質(zhì)速率反應(yīng)器設(shè)計研究等。 目前，已經(jīng)取得了一些階段性成果，各項考核指標(biāo)已經(jīng)完成或接近完成，已經(jīng)接受或投稿文章5 篇。已經(jīng)設(shè)計出相應(yīng)的生物質(zhì)氣化

8、/凈化裝置和合成氣發(fā)酵裝置，進(jìn)一步的工藝優(yōu)化正在進(jìn)行中。2生物柴油（1）首次以活塞流反應(yīng)器實現(xiàn)生物柴油的連續(xù)生產(chǎn)，改進(jìn)了以往釜式反應(yīng)器間歇反應(yīng)與生產(chǎn)的缺陷?；钊鞣磻?yīng)器（ plug flow reactor）是一種高效的化工反應(yīng)裝置，又稱管式反應(yīng)器或平推流反應(yīng)器，與傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器（stirred tank reactor ）相比，其具有更大的長徑比（ l/d50），物料由反應(yīng)管的一段進(jìn)入，一邊流動一邊反應(yīng)，從管的另一端引出時已達(dá)到預(yù)定的轉(zhuǎn)化率。其特點是沿著物料的流動方向， 物料的溫度、濃度不斷變化， 而垂直于物料流動方向的任何截面上，物料的所有參數(shù)如溫度、濃度、壓力、流速都相同。因此，反應(yīng)器中

9、沒有返混現(xiàn)象，反應(yīng)速度較快，過程連續(xù)穩(wěn)定，容易實現(xiàn)自動控制，非常適合于均相反應(yīng)過程。（2）生物柴油中試生產(chǎn)線的原料適應(yīng)性強當(dāng)前大力發(fā)展生物柴油的主要問題是其生產(chǎn)成本較高，缺乏競爭力。因此，選擇各種餐飲廢油、 地溝油、酸化油及油腳等廢油以及麻風(fēng)樹油、光皮樹油等能源植物油料為原料是生物柴油的發(fā)展趨勢。然而不同原料所要求的工藝也有所不同，與傳統(tǒng)采用精煉植物油為原料的工藝相比，本研究所研發(fā)的生物柴油生產(chǎn)線對原料具有較強的適應(yīng)性，以上所述各種生物柴油原料均適合于本中試生產(chǎn)線。（3）固體酸堿催化劑的應(yīng)用國內(nèi)外生物柴油大規(guī)模生產(chǎn)均以傳統(tǒng)均相催化法為主，即以油脂和甲醇為反應(yīng)物，以液體濃硫酸、液體 koh 等為

10、催化劑進(jìn)行酯化和酯交換反應(yīng)生產(chǎn)生物柴油。由于液體濃硫酸和液體堿的存在， 傳統(tǒng)化學(xué)法存在制備工藝復(fù)雜、 酸堿腐蝕、催化劑回收困難、 廢液排放、易發(fā)生副反應(yīng)等問題。 為了達(dá)到無污染排放的標(biāo)準(zhǔn)，需要設(shè)計復(fù)雜的液體酸堿催化劑分離、回收工藝， 導(dǎo)致投資和生產(chǎn)成本增加。 因而，在全球范圍內(nèi)， 生物柴油成本居高不下， 在目前難以和傳統(tǒng)化學(xué)柴油在市場上競爭。廣州能源研究所采用固體酸催化劑降低高游離脂肪酸原料酸值，無需分離工藝，有利于連續(xù)化生產(chǎn)，可大幅度提高生物柴油生產(chǎn)環(huán)保性，并簡化工藝、降低成本。（4）與溫州企業(yè)簽定 “ 年產(chǎn)十萬噸生物柴油整體合作技術(shù)” ，首期年產(chǎn) 3 萬噸生物柴油已完成工藝流程設(shè)計，于 2

11、009.12.29啟動開工進(jìn)行建設(shè)； 與香港公司合作的年產(chǎn) 3300 噸生物柴油工程，也正在努力實施中。3沼氣本單位開展沼氣方面的研究較早，已開發(fā)出成熟工藝多套， 并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，解決部分農(nóng)村使用清潔燃?xì)獾膯栴}，在得到較高的經(jīng)濟(jì)效益的同時取得了良好的社會效益，目前主要在研的項目有：1） 國家科技攻關(guān)項目 (南方山丘區(qū)沼液生態(tài)達(dá)標(biāo)處理型沼氣工程示范）從華南地區(qū)的相關(guān)行政、 科研機構(gòu)等獲取信息， 科學(xué)選取工程樣本， 實地調(diào)查以廣東省為核心的華南地區(qū)不同生態(tài)區(qū)域的沼氣工程，收集從原料發(fā)酵過程沼氣沼液等不同的技術(shù)鏈數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫。根據(jù)生態(tài)評價方法中物質(zhì)流、能量流、能值流、經(jīng)濟(jì)流的相關(guān)指標(biāo)，以及生命

12、周期評價方法體系中的相關(guān)評價指標(biāo)，建立沼氣工藝評價的方法學(xué)體系和評價指標(biāo)體系；利用以上數(shù)據(jù)庫和評價體系， 初步篩選出適合適合華南地區(qū)的沼氣池型、沼氣應(yīng)用工程和沼氣管理模式， 屬于華南地區(qū)沼氣應(yīng)用的完整路線資料，為該地區(qū)的規(guī)?；瘧?yīng)用及開發(fā)打下了良好的理論和實踐基礎(chǔ)，可形成的經(jīng)濟(jì)效益不可估量。2）廣東省科技計劃項目（廣東省新農(nóng)村建設(shè)技術(shù)集成應(yīng)用研究與示范）完成關(guān)于金史村基本情況的文獻(xiàn)和資料查閱，設(shè)計了兩份調(diào)查問卷：金史村資源與社會經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀調(diào)查表， 金史村農(nóng)戶能源利用結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀調(diào)查表；并對金史村進(jìn)行了實地考察， 收集了統(tǒng)計報表等相關(guān)資料； 與村干部和部分村民進(jìn)行了座談，并收集了相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息；進(jìn)行了

13、入戶問卷調(diào)查； 并對問卷調(diào)查進(jìn)行了統(tǒng)計分析，最后按照項目要求已撰寫一份關(guān)于金史村能源利用的調(diào)查研究報告。該報告的提出，為廣東省內(nèi)發(fā)展沼氣產(chǎn)業(yè)提供了理論依據(jù)，為沼氣產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；瘧?yīng)用指出了明確的發(fā)展方向。3）廣東省科技計劃項目（厭氧沼氣干發(fā)酵工藝技術(shù)與系統(tǒng)集成研究）利用自行設(shè)計加工的35l 規(guī)模的厭氧干發(fā)酵反應(yīng)器，以水分選城市生活有機垃圾為原料， 完成有機垃圾厭氧干發(fā)酵工藝參數(shù)的優(yōu)化以及調(diào)控技術(shù)研究。對水分選城市生活有機垃圾的原料特性及生化特性分析表明，該原料是一種較為理想的厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷原料， 適宜進(jìn)行厭氧消化處理。 然而，不同的反應(yīng)器固體濃度（tsr）對干發(fā)酵的消化性能影響較大，較低的tsr 有助于快速啟動并縮短消化周期。tsr 為 16.0%、13.5%和 11.0%的厭氧消化分別于32、25 和 12 天達(dá)到產(chǎn)氣高峰，啟動延滯期分別為10.8、5.6 和 1.9 天。水分選有機城市生活有機垃圾的甲烷產(chǎn)率為 273314 l/kgvs，vs 去除率為 26%42%，產(chǎn)氣效率 54%62%。在實際的工程應(yīng)用中， 采用反應(yīng)器固體濃度約為12%的厭氧消化工藝， 取得了良好的效果。4）德潤環(huán)保投資有限公司合作項目（梧州城市生活有機垃圾沼氣發(fā)電可行性研究對該公司提供的廣西梧州城市生活垃圾處理場的機械干分選有機垃圾，進(jìn)行組成成分分析、