中國科學院青島生物能源與過程研究所（簡稱“青島能源所”）在生物質能轉化領域取得重要突破。研究團隊成功提出一種新型技術方法，能夠顯著提高纖維素生物質在厭氧發(fā)酵過程中的沼氣產(chǎn)量，為推動生物質能源高效利用和“雙碳”目標實現(xiàn)提供了新的技術路徑。

厭氧發(fā)酵是將有機廢棄物（如農(nóng)業(yè)秸稈、林業(yè)殘余物等纖維素生物質）轉化為清潔能源——沼氣（主要成分為甲烷）的關鍵生物技術。纖維素生物質因其結構復雜、難以被微生物直接降解，往往導致發(fā)酵效率低、產(chǎn)氣周期長、甲烷產(chǎn)量有限，這是制約其大規(guī)模工業(yè)化應用的主要瓶頸之一。

針對這一難題，青島能源所的研究團隊從預處理強化和微生物群落調控兩方面入手，開發(fā)了新型復合預處理與生物強化協(xié)同策略。該方法首先通過一種溫和、低能耗的物理化學耦合預處理技術，有效破壞纖維素、半纖維素和木質素之間致密的交聯(lián)結構，增加原料的可及表面積，同時避免生成對后續(xù)發(fā)酵微生物有抑制作用的副產(chǎn)物。更重要的是，研究團隊創(chuàng)新性地引入了特定功能菌群或酶制劑作為生物強化劑，與優(yōu)化后的預處理工藝相結合。這些功能微生物或酶能靶向分解預處理后暴露的纖維素和半纖維素，產(chǎn)生更多易被產(chǎn)甲烷菌利用的小分子底物，從而打通并加速了整個厭氧發(fā)酵的代謝鏈條。

實驗結果表明，采用該新型方法后，典型纖維素生物質（如玉米秸稈）的厭氧發(fā)酵周期縮短了約30%，而單位原料的甲烷產(chǎn)率提升了40%以上，總沼氣產(chǎn)量得到顯著提高。該方法不僅提升了能源產(chǎn)出效率，還增強了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，具有工藝綠色、經(jīng)濟性好的潛在優(yōu)勢。

與此為了系統(tǒng)化地支撐此類研究及產(chǎn)業(yè)化應用，青島能源所同步建設并完善了“生物質能資源數(shù)據(jù)庫信息系統(tǒng)”。該系統(tǒng)集成了國內外多種生物質原料的物化特性、預處理方法庫、微生物菌種資源、工藝參數(shù)以及產(chǎn)氣效能數(shù)據(jù)。研究人員和工程技術人員可以通過該信息系統(tǒng)，快速查詢和匹配不同來源纖維素生物質的最適預處理與發(fā)酵條件，進行工藝模擬與優(yōu)化，極大地提升了研發(fā)效率和技術的普適性。該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是實現(xiàn)生物質能精準、智能開發(fā)的重要基礎設施。

這項研究成果將高效轉化技術與信息化支撐平臺有機結合，標志著我國在纖維素生物質厭氧發(fā)酵制沼氣領域從工藝創(chuàng)新到數(shù)據(jù)驅動決策邁出了關鍵一步。青島能源所將繼續(xù)深化該技術的機理研究，推動其中試放大和示范應用，并不斷豐富生物質能數(shù)據(jù)庫，為我國可再生能源體系建設和循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展貢獻重要科技力量。