《Biomass and Bioenergy》：Evaluating the technical and economic viability of 3-hydroxypropionic acid production from biomass
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研究人员开发并应用了一套过程建模与仿真框架，以评估从生物质连续生产3-羟基丙酸(3-HP)的技术与经济可行性。研究采用离子液体(IL)催化剂进行原料预处理并实现催化剂回收，对比了以玉米秸秆(CS)和啤酒糟(BSG)为原料的两种5万吨/年装置。结果表明，相较于B
研究人员开发并应用了一套过程建模与仿真框架，以评估从生物质连续生产3-羟基丙酸(3-HP)的技术与经济可行性。研究采用离子液体(IL)催化剂进行原料预处理并实现催化剂回收，对比了以玉米秸秆(CS)和啤酒糟(BSG)为原料的两种5万吨/年装置。结果表明，相较于BSG基装置，CS基装置表现出更优的性能；酵母成本对3-HP盈亏平衡售价(BESP)影响最大；乙醇与木质素副产品的利用可降低3-HP的BESP。该研究为生物基3-HP连续化生物炼制工艺的设计与优化提供了系统的技术经济依据。
研究背景方面，化石资源制备化学品加剧资源枯竭与气候变化，生物炼制提供可持续替代路线。3-羟基丙酸(3-HP)被美国能源部列为12种关键糖衍生平台化学品之一，可转化为丙烯酸、丙烯酸酯及可降解聚合物。现有研究多聚焦批次工艺，面临低生产率与放大难题；连续化过程中原料预处理催化剂中毒、发酵氧化还原失衡、产物分离困难等挑战突出。已有技术经济评估多基于纯糖原料且缺乏催化剂循环与能量集成，因此研究人员开展基于原始木质纤维素生物质的连续化3-HP生物炼制综合技术经济框架研究，论文发表于《Biomass and Bioenergy》。
关键技术方法上，研究人员依托SPHABB三国合作项目，融合文献数据与联盟内工程化东方伊萨酵母(Issatchenkia orientalis)发酵实验数据，采用Ulster University开发的ECLIPSE软件进行质量与能量衡算及经济评价；经济模型以净现值(NPV)为零定义盈亏平衡售价(BESP)，资本成本按2025年基准修正，采用蒙特卡洛模拟与PERT分布处理设备与化学品价格不确定性，并设置10% contingency；对比CS与BSG两种原料在同等5万吨/年规模下的预处理—酶解—发酵—分离全流程。
研究结果部分，3.1节技术数据概述显示，CS基装置生物质进料24.42 t/h，糖转化率48.48%，3-HP总转化率25.63%，电耗5.73 MWh/h，低品位热耗32.04 MWh/h，总CO2排放11.10 t/h；BSG基装置对应为26.81 t/h、46.51%、23.31%、6.88 MWh/h、32.51 MWh/h、11.63 t/h。CS因纤维素含量更高(30.5% vs 28.9%)表现略优，两者3-HP产量均为6.25 t/h，单位产品碳排放约1.8 tCO2/t 3-HP，显著低于石油路线3.7–7 tCO2/t。
3.2节经济数据概述表明，CS基装置总投资110.5 M，BSG基126.3M；预处理占资本成本31.4%与33.2%。年运行维护(O&M)成本CS为109.2 M、BSG为117.9M，化学品（酵母、酶、IL）占O&M约68%，酵母单项34.48 M（CS）和36.18M（BSG）。CS基BESP为2472 /t，计入乙醇后降至2269/t，再计入木质素降至2194 /t；BSG对应为2643、2449、2365/t。
3.3节敏感性分析指出，酵母价格变动对BESP影响最大（CS 8.5%、BSG 8.2%），其次为酶（约4%）与IL（约3.4%），原料与资本成本影响均小于2.2%。
讨论与结论翻译：本研究评估了基于玉米秸秆与啤酒糟、集成离子液体预处理、酶解与发酵的3-HP生物炼制。两种原料转化效率分别为25.6%（CS）与23.3%（BSG），CS因纤维素更高而更优。盈亏平衡售价CS为2472 /t、BSG为2643/t，副产乙醇与木质素 valorisation 后分别降至2194与2365 $/t。尽管仍需降本以使3-HP生物塑料竞争化石塑料，但生物路线碳排放约1.8 tCO2/t 3-HP，远低于化石路线3.7–7.0 tCO2/t。敏感性分析确认发酵性能、水解效率、溶剂管理与原料组分为核心驱动因素；酵母、酶与IL补充是主要操作成本。未来应提升转化率、降低酶量、强化溶剂回收并在中试尺度验证假设。该工作为可持续生物基化学品工艺提供了工程与经济双重洞察。
