菊芋是一种重要的经济作物，可以在干旱地和盐碱地等边缘土地上大量种植。菊粉 (一种 多糖) 是菊芋块茎的主要组分，可以由菊粉酶或蔗糖酶降解为果糖和葡萄糖等单糖。与纤维素 乙醇和纤维素乳酸相比，生物转化菊芋生产乙醇或乳酸的技术相对简单，更易于产业化。但目 前的菊芋生物质生产燃料乙醇和乳酸技术需要使用昂贵的菊粉酶来降解菊芋生成单糖，进而发 酵成乙醇或乳酸；而且发酵产物浓度偏低，造成高昂的产物分离成本和生产成本使这一技术并 不具备产业化的潜力。 本项目的菊芋生物质生产燃料乙醇和乳酸技术采用华东理工大学研发的高固体含量底物 同步糖化与发酵技术。该技术主要包括整合生物加工菊芋生产乙醇技术和高固体含量同步糖化 与发酵菊芋生产乳酸技术。其中，整合生物加工菊芋生产乙醇技术使用自主筛选的具有高菊粉 降解活性的酿酒酵母同步糖化与发酵菊芋生产乙醇，并采用新型的螺带搅拌式反应器，实现了 无菊粉酶添加的整合生物加工过程，乙醇浓度可达14%(v/v)以上，菊芋转化率达80%以上；高 固体含量同步糖化与发酵菊芋生产乳酸技术通过自主研发的螺带型反应器处理固含量达30%以 上的菊芋进行乳酸发酵，与常规发酵反应器相比，电耗降低80%以上，发酵液中乳酸浓度可达 11% (w/w) 以上，菊芋转化率达80%以上。本技术的实施将会大大降低菊芋乙醇和菊芋乳酸的 生产成本，为菊芋生物质的生物炼制产业化奠定基础。

目前国内外现有工业规模的生物质气化技术，普遍存在生物质气化效率低、燃气中焦油含量高等问题。燃气中焦油含既造成能源浪费，又易造成堵塞，加快设备损耗，气化岛整体使用寿命不长。己建成的工程利用率不高，大部分已停用，一定程度上影响了生物质气化集中供应，不利于进一步产业化。为了解决目前存在的诸多问题，东南大学针对我国国情和农作物废弃物的特点，采用流化床低温气化+高温熔融气化制取焦油含量极低的中热值可燃气，目前已建成该工艺的日处理秸秆量7吨的成套示范工程，已稳定连续运行2000小时以上，获得了热值7MJ/Nm3的可燃气，可燃气中焦油含量小于1mg/Nm3，远小于人工煤气国家标准（GB/T 13612-2006）中焦油含量要求，生物质中碳元素转化率96.5%，能量综合利用效率90.7％，单位MJ的可燃气成本低于天然气。本技术可广泛用于煤炉改造、粮食烘干，也可为居民提供可燃气，对加快和谐社会及新农村建设的步伐具有重要意义。本技术已申请国家发明专利7件（授权5件），发表学术论文24篇，获国家科技支撑计划、江苏省重点研发项目支持。

将秸秆等生物质垃圾转化成生物质可燃气体再利用可以消除农业区烧秸秆造成的空气污染，还可以大大减少化石能源消耗及二氧化碳排放。传统的生物质热化学气化方法会产生大量的生物质焦油，焦油的能量一般占总能量的 5 %～15 %,这部分能量因难于被利用而被浪费。焦油在燃气输送过程中冷凝下来形成粘稠的液体,附着于管道和设备的壁面上,很容易造成管道堵塞，而且焦油在燃烧时容易产生碳基颗粒排放物,造成空气污染并对燃气利用设备有严重的损害。

一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 生物质能是指从生物质获得的能量，具有分布广、可再生、可存储、储量大和碳平衡等优点。生物质热解液化技术是生物质能的有效利用途径之一，具有广泛的应用前景。本技术研究工作和成效如下：1）采用低温预裂解和中温重整的两段式重整制备富氢气体和碳纳米管共产物的新方法，通过强化热裂解阶段重质组分定向转化与重整段聚合反应调变，实现碳纳米管产量增加，氢产量同步提高；2）引入电催化体系用于生物油全组分精制提质，提出了抑制析氢、直接还原等副反应的传质传荷协同强化方法，开发了原理样机；3）提出动态适应生物油组分特性的高值化转化技术匹配策略，指导制定实现生物油产业化应用的最佳技术路线。

一、项目分类 显著效益成果转化 二、成果简介 南开大学（天津市生物质类固废资源化技术工程中心）的“生物质固废资源化技术研发及应用”项目属于生物质固体废弃物处理处置领域（环境保护专业）。该项目成果经天津市科学技术评价中心组织的以院士为主任的鉴定委员会鉴定，结论是“该项目达到国际领先水平”。 1、主要研究内容 （1）开发了可降解生物质固废（园林绿化垃圾、秸秆、禽畜粪便等）的微生物菌剂和除臭技术，可将生物质固废在5-10天内快速转化为复合微生物有机肥，其各项指标均达到或优于国家农业部标准（NY525-2012、NY884-2012）。 （2）研发的酵母菌剂能有效利用玉米芯、秸秆等农业固废，通过生物发酵技术提高了饲料中蛋白含量并改善饲料适口性。 （3）开发了能在6小时内将厨余垃圾减量化80%以上的无臭降解技术，该技术达到国际领先水平。 （4）开发了新型设施化蚯蚓养殖技术及装置，有效提高蚯蚓养殖效率，提高蚯蚓品质，降低人力成本。 （5）设计功能化离子液体用于提取秸秆、园林绿化垃圾等生物质固废中纤维素，以及离子液体催化水解纤维素生产化工基础原料5-羟甲基糠醛。 （6）研发了多种基于生物质的防结焦、防结渣添加剂和清洁燃料，开发了生物质锅炉系统，有效降低 SO2的排放。 （7）根据微生物降解菌群及酵母菌群的生长、代谢特征，开发了基于太阳能技术的生物反应装置，大幅提升了资源利用效率。 2、经济社会效益 本项目以生物质固废为原料，开发了有机肥生产技术、饲料生产技术、高效纤维素提取技术、绿色5-羟甲基糠醛合成技术。本项目的核心技术已被天津、山东、江苏、深圳等省市14家企业应用，近三年累计销售收入1.03亿元。 本项目的实施，对区域的循环经济产业示范和节能减排起到了积极的推动作用。

糠醛来源于自然界的C5糖，是已大规模工业化生产的生物质基化工产品，其原料来源是农业和林业的废料，包括玉米芯、稻壳、木材废料等。由于这些可再生资源数量非常庞大，且其综合利用不与人类竞争粮食，通过它们生产糠醛，进而发展生物质糠醛基化工产品具有非常大的潜力。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 随着碳中和概念的提出，生物基材料，乃至生物基可降解材料，凭借其良好的环保特性而受到人们的广泛关注。糠醛来源于自然界的C5糖，是已大规模工业化生产的生物质基化工产品，其原料来源是农业和林业的废料，包括玉米芯、稻壳、木材废料等。由于这些可再生资源数量非常庞大，且其综合利用不与人类竞争粮食，通过它们生产糠醛，进而发展生物质糠醛基化工产品具有非常大的潜力。关键挑战在于糠醛是单官能团化的化合物，在聚合物工业中难以发挥重要作用，因此尽管其生产原料广泛、工业生产技术成熟，但市场容量非常有限，严重限制了以糠醛为基础原料的聚合物工业应用。

人类在发展过程中目前面临能源危机和环境污染双重压力。在能源消费方面，目前世界能源消耗91%的是一次性矿物燃料能源，但矿物燃料是有限的，不可能成为人类的永久性能源。因此寻找可替代化石能源的新能源是人类可持续发展的必由之路。 据估计，全世界每年由光合作用而固定的碳达2×1011 吨，含能量达3×1018 千焦，可开发的能源约相当于全世界每年耗能量的10 倍；生成的可利用干生物质约为1700 亿吨，而目前将其作为能源来利用的仅为13 亿吨，约占其总产量的0.76％，生物质资源开发利用潜力巨大。据测算，我国拥有的生物质能资源为50 亿吨左右，是我国目前总能耗的4 倍左右[5]。生物质资源虽然丰富，但由于保存和转化的技术落后导致生物质资源浪费严重，如秸秆等农业废弃物在田间焚烧，林业产品加工产生的木屑、锯末等被直接丢弃，食品加工的壳、皮等被当作垃圾填埋，这不仅污染了环境，还造成了生物质资源的巨大浪费 利用生物质制备炭材料，在能源领域利用可以直接作为燃料使用，可以避免生物质原料本身能量密度低、体积庞大难于运输等弊端，同时相对于燃煤可以减少硫排放，从而减少对环境的污染，但目前制造成本高，只有在特定的场合才使用，目前生物质炭在能源方面主要作为高端的燃料电池正极材料。另一方面生物质炭本身的多孔性致使它具有巨大的比表面积、发达的孔隙结构以及较好的化学稳定性和机械强度，在环保领域对重金属良好的吸附性能，因此对重金属废水处理及土壤恢复与改良具有巨大的应用潜力[8-14]。 由于传统工艺制造活性炭成本高，因此限制了其应用范围。如何最大限度降低制造成本是科研工作必须努力的方向。 生物质炭的制备方法主要分为：热分解法，微波炭化法，水热炭化法。热分解炭化法是目前制备生物质炭的主要方法，热分解制备生物质炭是在隔绝空气条件下生物质的高温裂解成炭，一般需要炭化与活化两个过程且二者可分步或同步进行。首先炭化过程是在300 –1000 0C下使生物质中分子链中C-O、C-C键断裂成炭，随着温度的升高, 生物质炭的产量降低, 含碳量逐渐增加。活化的目的是利用气体或化学物质改变炭化料的内部结构, 扩大孔体积, 增加活性炭的吸附性能。物理活化采用如水蒸气、空气、CO2进行活化；化学活化则采用化学物质如NaOH，ZnCl2，KOH, K2CO3等在600~11000C下活化，得到活性生物质炭产品。热分解法的缺点在于反应时间长，反应耗能大，传热效率低和反应原料加热不均匀等。微波炭化法则是通过被加热体内部偶极分子的高频往复运动，使分子间相互碰撞产生大量摩擦热量，继而使物料内外部同时快速均匀升温从而达到裂解及炭化的目的。微波加热具有操作简单、升温速率快、反应效率高、可选择性均匀加热等优点。生物质通过微波炭化处理其活性炭得率较高(一般达到40%左右)且表面积大。但微波炭化的不足在于物料的反应温度不能精确控制，过量的微波辐射将对人体健康有损害且工业化放大过程比较困难。水热炭化法是在一定温度(一般200 ℃)和压强（下将水热反应釜内的生物质( 碳水化合物、有机分子和废弃生物质等) 、催化剂和水进行加热，实现对生物质炭化的过程。水热炭化一般制得的生物质表面积小一般500m2/g以下，同时反应时间长，因此生产成本较高。 总之制备生物质炭材料具有丰富的原料来源，同时在能源及环境方面具有广阔的应用前景，尤其在重金属污染治理及土壤恢复及改良前景更为广阔。但目前生物质转化为炭流程长，分解温度高，造成生产成本高而致使生物质的利用率低。如何更高效、成本更低廉实现生物质的炭转化，无论对于人类能源结构优化及环境保护均有十分重要的现实意义。 本项目提出了一种酸催化裂解炭化生物质原料的方法，采用酸催化直接将生物质分解及炭化，并在低温下(2000C左右)加速炭化及活化(6000C以下) 过程，吸收炭化及活化过程蒸发的酸及液态有机物，酸进行循环利用，实现生物质炭材料绿色制备。由此可以制备出生物质炭材料比表面在1000m2/g以上，得率达到50%以上，从而降低生物质炭的制造成本，拓宽其应用范围。二．技术路线酸催化生产技术路线见下图，生物质粉碎后，采用一定酸浸湿润，干燥后进行炭化及活化，控制在4000C下炭化完全冷却，炭化活化过程进行酸回收并返回使用，炭化完全后冷却，加粘结剂压块便得到生物质炭。  图1 酸催化制备生物质炭工艺流程三．技术开发内容及指标技术开发内容生物质原料的筛选及酸种类的筛选温度、时间工艺参数的优化；粘结剂的选择与添加工艺确定日处理1吨中试放大设备选择与设计；技术指标生物质炭得率大于50%；生物质炭的碳含量高于80%；生物质炭燃烧后的灰分小于5%；生物质炭材料比表面在1000m2/g以上。四．经济效益初步分析生物质炭售价按3000元/吨计算，原材料及处理成本约1500元/吨；按年生产1万吨计算，年效益为=（3000-1500）x10000=1500万元。 本项目作为生物质炭新工艺相对于传统工艺，大幅度提高了生物质炭的转化效率及降低了生产成本，因此经济效益非常显著，如果作为活性炭使用效益更加显著。同时具有很好的推广前景。

成果描述：吸附法是处理大量低浓度(<100mg/L)有毒重金属废水的最有效方法，是废水末端处理的关键技术之一。而吸附材料是吸附过程的重要物质基础，我国目前工业上普遍使用的活性炭吸附剂，其吸附容量低、适用范围不宽，而且再生困难、价格较高，使吸附法的广泛应用受到限制。从而导致我国废水处理工艺中，末端处理成本高，而且往往难以达标排放，这是困扰我国废水处理的关键技术难题。 单宁是具有与金属离子较强结合能力的天然多酚类化合物。本技术以制革厂的边角料获取胶原纤维，开发出了胶原纤维固化单宁吸附材料，主要用于水体中有毒重金属的吸附脱除。 该技术已获得国家发明专利(胶原纤维固化单宁吸附材料及其制备方法和对金属离子的吸附分离，发明专利，专利号：ZL021341745)。市场前景分析：废水中有毒重金属离子的去除，有用金属的回收。金属离子废水约占整个废水量的20%左右，市场需求很大。与同类成果相比的优势分析：与传统吸附剂相比，具有吸附容量大、吸附速度快的优点。吨水处理成本降低50-70%。国际先进。

天然纤维增强塑料复合材料在市场上持续增长显著。2000年，北美天然纤维增强复合材料的市场已经超过1.5亿美元，到2005年，整个市场销售超过14亿美元，年增长54%。但是天然纤维热塑性复合材料作为新材料在我国尚处于起步阶段，还没有形成产业。华东理工大学聚合物加工室用黄麻纤维毡增强聚丙烯，制得天然纤维复合材料（NMT），通过添加不同改性剂和填料，对纤维进行表面处理以及和玻纤混杂等方式，较显著地提高了麻纤维复合材料的力学性能。和长春一汽四环车身车架厂合作，将麻纤维增强聚丙烯复合材料应用于试制卡车侧护板

品摩擦特性稳定、磨损率 小、耐高温，具有传扭柔和平稳、使用寿命长、耐高温和过载保护能力 强等突出优点。 申报发明专利和实用新型专利18项，全部技术拥有自主知识产权，国 防科工局鉴定结论认为整体技术达到国际先进水平。性能指标：1