酸碱辅助水热法协同增值啤酒糟：元素分布与产物潜能的深度解析

针对啤酒糟(BSG)这一高蛋白木质纤维素生物废料的资源化难题，研究团队创新性提出酸碱辅助水热处理策略，通过H2SO4/Ca(OH)2调控碳氮相分配，在180°C/45min条件下实现57wt%碳固定于水热炭(22.4MJ·kg-1热值)与4wt%氮富集于液体肥料(336mg·L-1生物有效氮)，为循环生物经济提供可规模化技术路径。

　　

啤酒工业每年产生2500-4000万吨啤酒糟(BSG)，这种富含蛋白质(20-30wt%)和木质纤维素(70wt%)的湿生物废料极易腐败变质。传统处置方式如堆肥、饲料化存在效率低、二次污染等问题，而单一水热转化策略难以兼顾固体燃料提质与液体肥料安全。针对这一瓶颈，中国研究人员在《Journal of Cleaner Production》发表研究，通过酸碱辅助水热技术实现BSG全组分高值转化。

研究采用双相实验设计，核心方法包括：(1)常规水热过程参数优化(温度120-200°C，时间15-60min)；(2)H₂SO₄/Ca(OH)₂添加剂量调控(0-0.2mol·L^-1)；(3)水热炭燃烧特性分析(热重-质谱联用)；(4)水解液生物活性测试(水稻种子萌发实验)。

【Distribution of carbon and nitrogen】
温度180°C时碳固存效率达峰值(57wt%)，氮保留率随温度升高而降低。时间超过45min会导致碳过度气化，证实中温短时是最优反应窗口。

【Molecular restructuring mechanisms】
Ca(OH)₂促进C=C键形成(芳香度提升37%)及吡啶-N/吡咯-N固定，使水热炭高位发热量(HHV)达22.4MJ·kg^-1；H₂SO₄则更有效分解植物毒性物质，水解液含233mg·L^-1游离氨基酸。

【Product performance validation】
Ca(OH)₂改性水热炭燃烧活化能降低26%，NO_x排放减少41%；其水解液使水稻生物量增加2.1倍，效果与尿素相当但无盐害风险。

该研究创立了"碳氮解耦-重构"新范式，首次证实Ca(OH)₂在BSG水热转化中的双重增效作用。技术路线可直接对接啤酒厂现有湿渣处理系统，相比单独生产生物燃料或肥料，集成工艺使吨BSG增值收益提升3.8倍。研究为高氮生物质资源化提供了普适性方法学参考，入选国家自然科学基金资助成果。