废弃水果:扶我起来,我还能当燃料

作者:折耳根来源:蝌蚪五线谱发布时间:2019-05-14

从柑橘里提取出的丁醇可以替代汽油哦!

食物浪费是一种非常普遍的现象,不仅发生在每个家庭的厨房,也发生在食物的生产和加工阶段。就拿水果来说,部分水果甚至还没运到零售店就被抛弃了,有时是因为遭受了灾害,有时是因为自然掉落腐烂,有时是因为产量过剩,有时是出于树木养护需要被人工摘除了,有时则仅仅是因为长得不够周正,不受消费者欢迎,而加工厂在榨汁、制作果酱的过程中也会抛弃大量水果残渣。

科学家们正试图改善这一问题——“抢救”废弃水果,转换为能为人所用的资源。日本三重县盛产柑橘类水果,每年无法进入市场的废弃柑橘数量庞大,处理起来费钱又费力。三重大学的田丸浩教授与当地企业合作,成功从废弃柑橘中通过微生物分解和发酵,提取出了可以用作燃料的丁醇。

柑橘_副本

柑橘(图片来源:pxhere)

类似的研究和实践在多个国家进行已久,这种从动植物获取的生物资源被称为生物质能,其中能作为燃料的资源则被称为生物燃料。

生物燃料是一种清洁的可再生能源,像石油、煤炭等非可再生能源不仅储量有限,在开采和使用过程中也会造成环境破坏和污染。包括中国在内的许多国家早已把能源供应多元化作为一项长期国家战略,生物燃料就是其中一个重要的开发方向,在农业上具有优势的大国,如美国、巴西,往往在生物燃料的研发方面也较为领先。

生物燃料产量排名_副本

2012年生物燃料产量排名(图片来源:见水印)

不过,以往各国重点开发的生物燃料以乙醇为主。这次从柑橘里提取的丁醇是一种可以替代汽油的燃料,与乙醇相比不仅燃料性能更佳,还能够直接在工厂混制,通过管道输送,也无需改造油箱,在基础设施方面能节约大笔开销,更易实施推广。

传统的生物乙醇主要通过糖料作物、淀粉作物、木质纤维类作物提取。具体使用哪种作物与该国的农业生产情况相关,比如巴西就大量使用甘蔗、美国主要使用玉米,中国则以玉米、小麦为主。这些经济作物原本有着自己的用途,有些更是重要粮食,直接使用它们制作燃料面临着占用农业资源、浪费粮食、引发食品价格连锁波动的问题,一直面临着不少争议,但使用废弃柑橘就不存在这样的问题了。

不仅如此,生物丁醇的提取流程也比生物乙醇更优化。生物燃料提取过程原本需要预处理、糖化、发酵三步,在用废弃柑橘提取丁醇时,不需要进行预处理,而糖化、发酵两个过程通过微生物的联合生物加工(CBP:Consolidated Bioprocessing),只需要在一个处理罐中就能完成。

具体过程如下:将废弃柑橘连皮一起和厌氧性噬纤维梭菌(Clostridium cellulovorans)投入处理罐中,待之充分糖化,再利用丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)进行发酵,就可以生产出丁醇含量为70%的燃料。在实验中,每3kg的废弃柑橘可以产生20ml的丁醇,如果将温度控制在37度,需要耗费10天时间,若不进行温控耗时会加长。

这种燃料现阶段比较适合农业产区自产自销,比如将丁醇燃料用于农业机械,然后运用这些机械辅助柑橘种植,这样可以构成地域循环经济,加大资源利用率。另外,整个提取过程通过与当地加工企业的合作,效率还能进一步提高:柑橘皮中含有的脂溶性柠檬烯,会阻碍发酵过程,但是柠檬烯是一种有用成分,加工厂提取后可用于制作精油和香料。


参考资料

1. http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/6224846.stm

2. https://www.sbj.or.jp/wp-content/uploads/file/sbj/9301/9301_project_bio.pdf

3. Aybek A,Üçok S. Determination and evaluation of biogas and methane productions of vegetable and fruit wastes with Hohenheim Batch Test method Int J Agric & Biol Eng, 2017; 10(4): 207–215.

4. 张文彬,蔡葆,徐艳丽.我国生物燃料乙醇产业的发展[J].中国糖料,2010,(第3期).

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