科创中国

生物能源是我国战略性新兴产业，秸秆、粪污、超期超标粮食等废弃生物质是生产生物能源的原料，我国每年总量约50亿吨，如其规模化利用每年可提供千万吨运输燃料和百亿立方生物天然气。《国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要》提出“推进秸秆综合利用和禽畜粪污资源化利用，加快发展生物能源等产业”，而生产企业在国家补贴优惠政策退出后在盈亏“生死线”上艰难运营。生物能源生产中存在催化效率低、工艺集成度低和废污排放大等瓶颈问题，菌株和工艺落后于美国、德国企业，是制约我国生物能源产业发展的关键。

秸秆、粪污、玉米等生物质的化学组成差异大，开发与原料和产品匹配的菌株和工艺，实现生物能源及副产品联产，是亟待解决的核心难题。本项目以菌株基因工程选育和技术开发集成为核心，在菌株—工艺—绿色生产方面取得了突破，实现“污水零排，节能增效”的生物能源绿色化多产品联产，成果入选“亚洲有价值研究”、“中国生物技术研究最佳成果”，2021年获第48届日内瓦国际发明展金奖，项目完成单位被国家工信部批准为生物质能源行业唯一的绿色工厂。经专家鉴定，该项目菌株、工艺和生产集成均处于“国际先进水平”，工艺污水零排放技术达到“国际领先水平”。

项目主要创新成果如下：

（1）创建了高效构建选育工业菌株的新方法和新菌株，研发了高强度发酵及耦合集成技术，突破了工艺能效低的瓶颈，实现了工业化应用。创建了高效菌株构建和选育新方法，发现了激酶多维度调控菌株的新机制，构建了环境胁迫耐性强、产物合成能力强的酵母、梭菌和木霉等新菌株，酵母和梭菌的醇类产物发酵浓度达到报道最高值，使发酵水耗节省30%以上；木霉新菌株纤维素酶生产强度达到340 FPU/L/h, 降解秸秆能力与国际工业酶主导企业诺维信二代商品酶相当；建立了基于发酵尾气气提循环和膜分离的发酵集成技术，被选为亚洲有价值研究，并设计制备了膜孔道跨尺度精密控制的复合膜，菌株和工艺在万吨级规模企业生产应用。

（2）建立了秸秆预处理、梭菌利用CO2的高浓度沼气发酵和沼渣发酵成肥的分级利用提质新技术，实现沼气/生物天然气和生物肥联产、增产。将新选育的秸秆降解木霉菌和利用CO2食气梭菌，应用于沼气发酵，实现难降解有机物和CO2—酸醇—甲烷的生物转化，甲烷含量由行业最佳水平~65%提升到70%，产气水平取得突破；研制了有促生、防病功能的复合菌剂，应用于副产物沼渣制备硼、锌等中微量元素生物肥的提质技术开发，实现了百万立方沼气/生物天然气和万吨级生物有机肥联产提质和原料分级全利用，整体工艺技术指标和产品优于全球最大的德国沼气EnviTec和日本菌剂EM、磐亚等企业。

（3）开发了超高浓度乙醇联产DDGS饲料的节能、绿色生产技术，实现30万吨醇类生产企业污水零排。开发了乙醇、细胞生长等多参数耦合代谢通量模型和在线分析方法及超高浓度乙醇发酵技术，被选为中国生物技术研究最佳成果，乙醇发酵浓度16.8% (v/v)，比传统企业高25%以上；利用夹点分析-热网络匹配原理，实现了全系统蒸汽梯阶利用，每吨乙醇蒸汽消耗由行业最佳水平的3.8吨降至3.5吨；建立了基于全厂水平衡的零排放污水技术，对蒸发凝液、塔釜余水等废水全部回用，国内首家在30万吨级装置实现新鲜水零补给拌料和污水零排放，实现燃料乙醇联产消毒剂乙醇和DDGS饲料，DDGS品质由国标二级提高到一级，整体技术指标优于全球领先的美国Vogelbusch和ICM等生物乙醇生产企业。

我国和世界许多国家已将发展生物燃料乙醇列为实现温室气体减排的重要途径，每吨燃料乙醇能够产生2吨的二氧化碳减排量。该项目在菌株、工艺集成和绿色化生产等方面取得重要突破，国内首次在30万吨生物乙醇装置上实现新鲜水零补给和污水零排放，并形成一套标准化绿色生产技术，在广东、吉林、黑龙江等5省8市大规模推广应用，年产150万吨生物燃料乙醇，约占全国生物燃料乙醇总量25%~30%，减排CO2约300万吨/年，间接减少原油进口约500万吨/年。2050年前液体燃料仍将继续主导交通运输燃料（美国可再生燃料协会，RFA），仅以我国汽油现有1.2亿吨/年消耗量为例，全国可减排CO2约2400万吨/年（122.16亿立方/年）。因此，该项目进一步推广，将为我国“双碳”目标实现产生更显著的社会效益。

项目牵头完成单位大连理工大学是教育部直属全国重点大学，是国家“211工程”和“985工程”重点建设高校，也是世界一流大学A类建设高校。学校有中国科学院和中国工程院院士13人、中国科学院外籍院士1人、瑞典皇家工程院院士1人。学校的工程学和化学学科领域入选国家世界一流学科建设名单。有一级学科国家重点学科4个，二级学科国家重点学科6个。目前有9个学科领域位列世界前百分之一，4个学科领域位列世界前千分之一。

该项目整体技术在央企、国家级和省级重点龙头企业应用。在关键菌株、工艺和生产集成方面取得了重大的应用效果，建成了万吨级规模生产装置10套，近三年累计生产生物质能源、菌剂和生物肥等产品300万吨以上，产品35种，产品推广6000万亩以上，应用单位新增销售额17.3亿元，新增利润1.4亿元，出口产品1.2万吨，创汇5800万元，为企业节支2.97亿元，为国家防疫乙醇消毒剂生产作出重要贡献，取得了显著的经济和社会效益。

本项目成果秉承开放、多元的合作理念，希望与国内各大高校、研究院所及相关企业进行深度合作，积极推广相关技术，实现共赢。具体资金需求根据具体合作形式不同，双方商谈。