對(duì)生物質(zhì)能源的研究通常集中在能源的產(chǎn)生量上，但這一過程中又投入了多少能量呢?美國伊利諾伊大學(xué)農(nóng)業(yè)和生物工程教授Tony Grift表示，考慮生產(chǎn)過程中投入了多少能量也很重要，而這一部分往往被忽略。

近日，作為一項(xiàng)新研究的合著者，Grift在《生物資源技術(shù)報(bào)告》上發(fā)表的論文考察了兩種常用作生物質(zhì)能源生產(chǎn)的農(nóng)(副)產(chǎn)品——巨芒和甘蔗渣的生物轉(zhuǎn)化效率。

“我們的目標(biāo)是確定制備這些材料需要多少能量。這是對(duì)各種預(yù)處理方法及其與轉(zhuǎn)換效率關(guān)系的全面研究。”他解釋說。

之所以選擇這兩種材料，是因?yàn)樗鼈儗?duì)能源生產(chǎn)具有重要性。巨芒是一種典型的觀賞作物，但具有較高的生物量，容易生長且很少需要氮。甘蔗渣是甘蔗壓榨制糖后留下的副產(chǎn)品。

這項(xiàng)研究是與美國加州大學(xué)伯克利分校的化學(xué)家合作完成的。Grift表示，跨學(xué)科的方法使這項(xiàng)研究獨(dú)一無二，因?yàn)樗紤]了整個(gè)能量平衡。伊利諾伊大學(xué)的研究人員研究了采集和預(yù)處理材料的能量消耗，而加州大學(xué)伯克利分校的化學(xué)家則專注于將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為葡萄糖，用于制造乙醇。

研究人員定義了固有熱值(PIHV)的百分比，它可以測量生物質(zhì)材料進(jìn)入和離開生產(chǎn)過程的能量。“它告訴你一定量的生物量包含一定量的能量。你在處理上花了多少精力?你不會(huì)想讓花費(fèi)超過總能量價(jià)值的5%吧?”Grift說。

研究人員對(duì)巨芒和甘蔗渣兩種材料進(jìn)行了9種不同方式的預(yù)處理。預(yù)處理方法包括切割、造粒、粉碎和不同程度的壓縮。在9個(gè)處理組中，5組為巨芒，3組為甘蔗渣，1組為兩種產(chǎn)品的混合物。

Grift解釋，做預(yù)處理的原因是多方面的。作物收獲后，需要將其運(yùn)輸?shù)郊庸S。為了提高運(yùn)輸效率，材料首先要經(jīng)過一個(gè)稱為粉碎的過程，即將其切碎或切成小塊，然后再進(jìn)行壓縮。加工后的材料都經(jīng)過相同的化學(xué)過程釋放葡萄糖。

收獲和壓縮并沒有增加多少能量。能量消耗的主要來源是粉碎或尺寸減小。這使得能量消耗達(dá)到5%。“更小的顆粒尺寸使壓縮更容易。它也有利于能源生產(chǎn)，因?yàn)檫@樣可為酶在轉(zhuǎn)化過程中的附著提供更大的表面積。但粉碎需要用掉一定的能量，因此需要權(quán)衡。”Grift說。

研究人員還評(píng)估了顆粒大小、壓縮水平和混合對(duì)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率的影響。結(jié)果表明，粉碎對(duì)巨芒的效率有積極影響，但對(duì)甘蔗渣沒有影響，造粒則相反。研究人員還發(fā)現(xiàn)，這兩種材料以50：50混合比甘蔗渣具有更高的轉(zhuǎn)化效率，但與巨芒相比沒有顯著差異。

研究結(jié)果可以用來幫助提高生物質(zhì)能源的生產(chǎn)效率。Grift強(qiáng)調(diào)，“如果你想在更大的范圍內(nèi)做一些事情，那么把這些過程弄清楚是非常重要的。這些結(jié)果是初步的，應(yīng)該在進(jìn)一步的研究中加以檢驗(yàn)，或可擴(kuò)展到其他產(chǎn)品及預(yù)處理方法。”(王方編譯)

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.biteb.2019.100301