综述：木质纤维素生物质的预处理与厌氧共消化技术研究进展

这篇综述系统探讨了木质纤维素生物质（LCB）的预处理技术（物理/化学/生物法）与厌氧共消化（ACD）策略，强调通过破解木质素屏障、优化碳氮比（C/N）提升沼气产量，为可再生能源转型提供可持续解决方案。

　　

木质纤维素生物质分类与化学组成
木质纤维素生物质（LCB）作为最丰富的可再生资源，主要包括农业废弃物（如稻麦秸秆）、林业残余物和城市有机垃圾。其复杂结构由纤维素（40-60%）、半纤维素（20-40%）和木质素（10-25%）构成，其中木质素的疏水性和交联特性成为生物降解的主要屏障。

预处理技术突破
物理法（如机械粉碎、微波辐射）通过破坏细胞壁结构提高比表面积；化学法（碱/酸处理、低共熔溶剂DES）选择性溶解木质素；生物法（白腐真菌、纤维素酶）则实现温和条件下的高效降解。新兴的离子液体和复合预处理（如微波-碱联合）展现出协同效应，使纤维素酶解效率提升30-50%。

厌氧共消化的优化策略
单一LCB底物因高碳氮比（C/N>30）导致微生物代谢失衡。共消化引入富氮基质（畜禽粪便、餐厨垃圾）将C/N调节至20-30的理想范围，甲烷产率可提高40-70%。例如，水稻秸秆与猪粪共消化时，产甲烷菌Methanosarcina丰度增加2倍，系统稳定性显著增强。

微生物组学与代谢调控
宏基因组分析揭示，共消化体系中的互营细菌（如Clostridium）与产甲烷古菌（Methanothrix）形成直接种间电子传递（DIET），加速挥发性脂肪酸（VFA）转化为CH₄。中间代谢物丙酸盐的积累需通过添加导电材料（生物炭）或调控氧化还原电位（ORP）来避免。

环境与经济价值
每吨LCB通过ACD可产200-300m³沼气（CH₄含量55-70%），同时减少1.5吨CO₂当量排放。消化液作为有机肥替代化肥，形成"废弃物-能源-农业"闭环，契合SDGs 7（清洁能源）和13（气候行动）目标。

未来挑战与展望
需开发低能耗预处理反应器（如连续式蒸汽爆破）和耐抑制菌株选育；人工智能优化底物配比与动态调控参数；政策层面需建立LCB收储运体系，推动千吨级示范工程落地。