综述：促进循环型生物经济中的可再生能源生产：对撒哈拉以南非洲地区高粱加工残渣的生物精炼潜力、价值转化机会及挑战的综述

《Biomass and Bioenergy》：Facilitating renewable energy production for a circular bioeconomy: A review of the biorefinery potential, opportunities, and challenges for valorization of sorghum processing residues in sub-Saharan Africa

高粱作为多用途作物，其残渣在生物精炼厂中可转化为生物能源、生物燃料和特种化学品。但工业规模化应用取决于区域可持续性，本文通过综述当前状况和未来研究需求，分析了高粱残渣在撒哈拉以南非洲的潜力，并提出多产品生物精炼厂的建议，并强调需要进一步研究高效、环保和社会有益的工艺。

　　在当今全球农业和工业发展进程中，如何高效利用农作物资源已成为一个重要的研究课题。特别是在气候变化和资源短缺日益加剧的背景下，寻找可持续的资源转化路径对于提升农业生产力、改善环境状况以及促进经济多元化具有重要意义。以高粱（Sorghum）为例，作为一种具有多种用途的作物，其在非洲大陆尤其是撒哈拉以南地区的种植面积和产量近年来持续增长，展现出强大的发展潜力。然而，当前高粱的利用主要集中在籽粒作为食品或饲料，以及秸秆用于汁液和糖浆的生产。这种单一的利用方式不仅未能充分发挥高粱的资源潜力，还可能对环境造成一定的负担。因此，如何通过生物精炼技术（biorefinery）将高粱的全部残余物转化为多种高价值产品，成为当前研究的热点。

高粱作为一种古老的谷物，其历史可以追溯到数千年前的非洲大陆。由于其耐旱性和适应性强，高粱在极端气候条件下仍能保持较高的产量，这使其在当前全球粮食安全问题中扮演着重要角色。特别是在撒哈拉以南非洲，该地区拥有大量高粱种植面积，并且高粱产量在过去六十年间显著增长，从1963年的13.9百万公顷增加到2023年的27.7百万公顷。这一增长趋势不仅反映了高粱在该地区的重要性，也意味着高粱残余物的产生量随之增加。这些残余物主要包括秸秆、叶片、穗轴、谷壳、麸皮和酒糟等，它们通常被遗弃在田间或通过露天焚烧处理，这不仅浪费了宝贵的生物质资源，还可能对环境造成污染。因此，如何将这些残余物有效转化为能源、化学品和其他高价值产品，成为提升高粱利用效率的关键。

从资源利用的角度来看，高粱残余物具有多种潜在的转化路径。它们不仅含有丰富的简单糖类和结构性碳水化合物，还富含木质素、纤维素等生物质材料，这使得它们成为生产生物燃料、生物能源和特种化学品的理想原料。研究表明，高粱残余物在转化为单一产品时，其经济效益有限，而通过多产品联产（multi-product co-production）的方式，可以显著提高资源利用率和经济收益。例如，将高粱残余物用于生产有机酸、生物燃料、氢气以及多种高价值化学品，不仅能够满足不同产业的需求，还可能为农民带来额外的收入来源。此外，这些转化过程还可以减少废弃物排放，提高资源回收率，从而降低碳足迹，实现环境友好型的发展目标。

在农业和农业加工领域，高粱的多产品生物精炼技术可能带来一系列积极影响。首先，这种技术有助于提升资源利用效率，减少对传统资源的依赖。其次，它能够促进经济多元化，为农民提供除传统种植之外的其他收入来源。再者，它有助于改善农业生态，通过减少废弃物的排放和提高资源回收率，为土壤肥力和水分保持提供支持。此外，这种技术还可以推动农业向更加循环的模式发展，从而提升农业可持续性。例如，高粱残余物的生物精炼不仅能够提供能源，还可以通过创造就业机会、改善农民收入以及推动基础设施建设，促进农村地区的经济发展。

然而，尽管高粱残余物的生物精炼技术具有广阔的应用前景，其在工业规模上的推广仍面临诸多挑战。首先，如何确保高粱残余物的可持续供应是关键问题之一。高粱的种植和收获季节性强，且残余物的收集和运输成本较高，这可能影响其经济可行性。其次，如何提高生物精炼技术的效率和成本效益，也是亟待解决的问题。目前，许多生物精炼技术仍处于实验室或小规模试验阶段，尚未具备大规模应用的能力。此外，如何制定合理的政策和法规，为生物精炼技术的推广提供支持，也是需要考虑的重要因素。例如，政府可以通过提供财政补贴、税收优惠等方式，鼓励企业和农民采用更加环保和高效的生物精炼技术。

在社会层面，高粱残余物的生物精炼技术可能带来一定的影响。一方面，它能够为农民创造新的收入来源，提高其经济收益。另一方面，它也可能对当地社会结构和文化习惯产生影响。例如，传统上高粱被视为一种低价值的作物，而生物精炼技术的推广可能会改变这种观念，使其被视为一种高价值的资源。此外，这种技术的推广还需要考虑社会接受度和公众认知，如何通过教育和宣传，提高人们对高粱残余物生物精炼技术的认知和接受度，也是推广过程中需要解决的问题。

从环境角度来看，高粱残余物的生物精炼技术具有显著的优势。首先，它能够减少废弃物的排放，提高资源回收率，从而降低对环境的污染。其次，它能够减少对化石燃料的依赖，降低碳排放，为实现碳中和目标提供支持。此外，这种技术还可以通过改善土壤质量和水分保持，促进农业可持续性。然而，如何在生物精炼过程中减少对环境的负面影响，也是需要关注的问题。例如，生物精炼过程中可能会产生一定的废水和废气，如何通过先进的处理技术，减少这些排放，实现环境友好型的发展，是当前研究的重要方向。

综上所述，高粱残余物的生物精炼技术具有广阔的应用前景，但其在工业规模上的推广仍面临诸多挑战。这些挑战包括资源供应、技术效率、成本效益、政策支持以及社会接受度等多个方面。为了克服这些挑战，需要进一步加强相关研究，探索更加高效、经济、环保和可持续的生物精炼技术。同时，还需要制定合理的政策和法规，为生物精炼技术的推广提供支持。此外，还需要加强公众教育和宣传，提高人们对高粱残余物生物精炼技术的认知和接受度。只有通过多方努力，才能实现高粱残余物的高效利用，推动农业和工业的可持续发展。