编辑推荐：
为寻求生物原油生产新途径，研究人员评估不同发酵系统转化木质纤维素性能，明确其优劣，助力生物能源发展。
在全球努力实现碳减排的大背景下，交通运输领域对化石燃料的依赖使得温室气体减排困难重重。生物原油作为合成燃料的潜力来源，成为了研究热点。传统的生物原油生产依赖热化学过程，如热解和水热液化（HTL），这些方法需要在极端的压力和温度条件下进行，成本较高。而木质纤维素来源广泛，若能通过发酵转化为微生物生物质，进而生产生物原油，将为生物能源发展开辟新道路。
为此，来自墨西哥国立理工学院研究与高级研究中心（Cinvestav–IPN）和墨西哥自治都市大学的研究人员开展了相关研究。他们的研究成果发表在《Heliyon》杂志上，为生物原油的生产提供了新的思路和数据支持。
在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是碱预处理技术，他们使用 2% 的 NaOH 溶液对玉米秸秆进行预处理，以提高纤维素的可及性和消化率。在发酵环节，分别采用固态发酵（SSF）和浸没发酵（SF）两种方式。固态发酵使用了黄孢原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium），在通道式生物反应器中进行；浸没发酵则使用了黄色纤维单胞菌（Cellulomonas flavigena），在连续搅拌釜式反应器（CSTR）、气升式反应器（AR）和转盘式反应器（RDR）中进行。研究人员还通过测定酚类化合物浓度、糖含量以及微生物生物质的脂肪酸组成等分析方法，来评估发酵效果和生物原油的质量。
研究结果如下：
- 预处理阶段：碱预处理能有效去除玉米秸秆中的木质素，提高纤维素的可利用性。但酚类化合物在乙醇中不溶，在水中溶解，且一次洗涤无法完全去除木质素，前三次洗涤水中酚类化合物浓度最高。同时，黑液中除酚类化合物外，还含有多种其他成分，如酸、呋喃类物质等12。
- 发酵阶段：在固态发酵中，黄孢原毛平革菌对不同浓度的木糖利用情况不同，过高浓度的木糖会导致部分未被消耗。以预处理的玉米秸秆为碳源时，50g/L 的底物浓度较为合适。与其他发酵系统相比，固态发酵系统能耗最低（0.02kW），但发酵时间长达 28 天。在不同发酵系统的比较中，除 RDR 外，各反应器的木质纤维素残留（LCR）无显著差异。CSTR 能耗高（4.44kW），但发酵时间仅 6 天；RDR 能耗最高（4.8kW），发酵时间长达 32 天，且生物量产量最低35。
- 生物原油生产阶段：通过将发酵后的微生物生物质与碱预处理产生的黑液混合加热蒸发，可得到生物原油。生物原油是水 - 油乳液，需进一步处理，如使用破乳剂分离水，还需升级以提高其品质，如降低含氧量、改善粘度和稳定性等46。
研究结论和讨论部分指出，该研究成功比较了四种发酵系统转化木质纤维素为微生物生物质并生产生物原油的性能。明确了不同发酵系统的优缺点，为后续生物原油生产工艺的选择和优化提供了依据。同时，研究中得到的生物原油还需进一步处理和升级，这也为未来的研究指明了方向。此研究在生物能源领域意义重大，有助于推动木质纤维素基生物原油的工业化生产，为实现碳减排和可持续能源发展提供了技术支持。
