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酶法制備生物柴油技術


清華大學化工系劉德華教授課題組創新性地提出了酶法制備生物柴油新工藝,新工藝從根本上解除了傳統酶法工藝的技術瓶頸,酶的使用壽命較常規酶法工藝延長了30倍以上。該酶法新工藝具有廣泛的油脂原料適用性,可以適用于高游離脂肪酸和水分的油脂原料,如地溝油、浦水油、棕櫚油等。這些低品質油脂原料不需經過任何預處理就可被有效轉化成生物柴油,油脂原料里的有效油脂到生物柴油的轉化率高達98%以上。

研發團隊研究了不同脂肪酶的底物特異性,并由此提出將不同催化性能的脂肪酶組合使用用于生物柴油的制備工藝,完善了酶法新工藝對不同碳鏈長度、不同飽和度的油脂原料的適用性。進而根據生物柴油反應體系的相平衡特征,設計出了高效節能的新型氣升式環流反應器,不僅有效地實現了整個反應過程的連續化操作運行,還顯著提高了整個過程的綜合經濟效益。

為進一步降低酶法制備生物柴油的生物催化劑成本,課題組開展了全細胞催化劑在生物柴油制備中的應用基礎研究。目前,已在細胞固定化策略和固定化載體優化上取得重大研究進展,開發出的全細胞催化劑在轉化含酸廢棄油脂制備生物柴油領域顯示出很好的工業化應用前景,相關研究成果獲得2009 年度國際"環境與能源Eni 獎"提名。

在對相關技術和裝備有效集成的基礎上,本課題組開發的酶法制備生物柴油新技術以及副產物甘油發酵制備1,3 丙二醇項目已完成產業化前期示范。酶法制備生物柴油新技術的產業化運行結果表明,該酶法新工藝可以適用于包括潮水油、地溝油、棕櫚油以及麻風樹油等在內的各種低品質油脂。這些油脂不需經過任何處理就可在常溫常壓下被有效轉化成生物柴油(脂肪酸甲酯或乙酯) ,有效油脂到生物柴油的最終轉化率超過98% 。整個生產過程環境友好,項目具有良好的經濟效益和社會效益,已引起國內外眾多知名企業的高度關注。


技術創新點

酶法制備生物柴油新工藝具備以下技術創新點:開發高效酶催化劑和反應體系,解決酶快速失活的技術難題;成功開發溫和條件下的在線脫水技術;實現用油脂制備生物柴油的產業化應用;中間產物、副產物高值化轉化;開發高效生物反應器;完成理論、工藝、裝備和系統集成。


工藝優勢


技術專長優勢:劉德華教授的項目研發團隊成員均為行業內知名科學家和技術產業化專家,兼具多年合作關系和廣泛國際化經驗;

先期研發優勢:酶法生物柴油工藝已經得到工業化規模生產驗證;

研發平臺優勢:依靠國際平臺(如:中巴氣候與能源中心、中拉聯合實驗室等)、清華大學創新資源平臺、深圳清華大學研究院平臺、清華東莞創新中心平臺等進行產業化推廣;

產業化優勢:團隊內部形成了密切牢固的合作關系;團隊與湖南信匯良好合作,已在巴西完成中試試驗;培養了一支專業的產業化隊伍;

工藝流程優勢:工藝流程簡介高效,自動化連續化。


新工藝發展歷程

小試裝置—在北京、湖南、廣東建設各類小試裝置8套,包括酶法生物柴油生產工藝、裝備、催化劑等;

中試裝置—建成酶法生物柴油中試裝置3套(1套在巴西),包括中試300噸/年(湖南),大試2萬噸/年(湖南);

大試裝置—生物柴油大型工業性試驗裝置歷經近10年的改造優化,年產生物柴油2萬噸,產品符合國家標準及歐盟和美國的標準,部分產品出口歐洲。


商業化技術改造項目

傳統酸堿法生物柴油生產過程能耗高,設備易腐蝕,后續污水處理壓力大,在原有設備的基礎上通過技術改造升級,將原有技術路線改為酶法工藝路線可以有效地解決上述問題,啟迪德清通過技術授權改造四川梅州一家傳統生物柴油工廠,85%以上的生產設備仍可以繼續使用,通過添加新型專用反應器和酶回收裝置,改變原有工藝,實現了小投入,大產出的理想結果, 也為更多傳統生產工藝改造樹立了典范。


國際合作

巴西:
2011年4月被列進中巴兩國政府重點支持合作項目,是能源與生物化工領域項目(共6項);

2017年4月與巴西意向合作方簽署合作協議,共同推進新建項目可研與相關準備工作,聯合巴西技術合作伙伴對當地不同原料開展試驗測試;

2019年12月在科技部與中國駐巴西使館的支持下,推動與巴西薩阿拉州政府合作,推動雙方在技術領域的深度合作,并與客戶簽署合作協議,大力推動項目落地。

馬來西亞:
2018年,清華大學與馬來西亞政府原產業部簽署戰略合作協議,以酶法生物柴油技術為核心技術支持,對馬來西亞生物柴油產業進行支持,以便提升其生產效率,降低成本,并對其低品質原來開展商業化生產驗證;

2019年5月,清華大學、馬來西亞棕櫚油局、啟迪清潔能源三方共同簽署《棕櫚生物柴油示范科研項目》,推動酶法工藝技術與棕櫚油產業的深度融合,同時啟動棕櫚基生物柴油在市政環衛車輛上測試,為打造綠色交通,建設地毯城市尋找切實可行的能源解決方案。


國際交流

與哥倫比亞、阿根廷、 泰國、印尼、尼日利亞、英國,瑞典、丹麥等生物柴油及生物液體燃料領域專家學者、企業與政府開展多層次技術投資與合作交流。


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