我国每年会产生超过10亿吨的秸秆，这些秸秆曾被视为农业废弃物，需焚烧处理，不但污染环境，而且浪费资源。如果这些秸秆被转化为液体燃料，则可“变废为宝”。在近日举行的2026中关村论坛年会平行论坛“企业发现与发明论坛”上，国家能源集团和国投集团提出的“非粮生物质制备液体燃料的微生物过程与代谢调控机制”问题，入选中央企业生物领域十大基础科学问题。该问题聚焦秸秆等非粮生物质制备液体燃料的整合生物炼制体系，系统揭示非粮生物质三素协同降解与燃料产物的合成代谢网络调控规律，为提高非粮生物质原料利用及转化效率提供技术支撑。

非粮替代是生物制造必经之路

“生物制造已经上升为国家战略，而原料非粮化是生物制造急需解决的核心问题。”中国科学院天津工业生物技术研究所研究员田朝光说。随着我国生物制造产业规模不断扩大，原料供应不足问题日益凸显。用粮食来生产工业品不可持续，寻找替代性的非粮原料，成为生物制造产业发展的必由之路。

秸秆作为非粮生物质的一种，是解决生物制造产业原料供应不足问题的有效抓手。“秸秆等生物质发酵转化经过20年的持续研究，已经有了非常大的进展，堵点难点基本清晰，到了有望解决问题、实现产业化应用的窗口期。”田朝光介绍。

用秸秆做生物制造原料有哪些实实在在的好处?田朝光算了一笔账：我国每年产生秸秆10亿多吨，可用于生物制造的生物质资源约5亿吨，如果用于生产乙醇，产量将超过1亿吨，相当于减少至少1亿吨石油进口，对于保障我国能源安全具有极为重要的意义。同时，每吨生物质乙醇相比石化燃料，多减排二氧化碳超过80%；而1吨纤维素乙醇可减排约2吨二氧化碳，减排潜力巨大。

“三素”协同降解为攻关核心

经过20年发展，用秸秆制备液体燃料的技术已经形成了两条主要路线。第一条路线是“三段式”——预处理、酶解、发酵。秸秆经过纤维素酶酶解生成秸秆糖，再将秸秆糖发酵生成乙醇等产品。目前国际上已有多家示范工厂在探索该条技术路线，已接近产业化，但盈利还比较困难。我国在这方面总体处于跟跑阶段，在纤维素酶的水平、产量和活性方面正在快速追赶。第二条技术路线是“一步法”——利用微生物直接将生物质发酵转化为乙醇等目标产品。这条技术路线前景更好、难度也更大。目前各国正在加紧研发，我国已有企业、科研机构开展技术中试测试。

这两条技术路线各有发展空间，也都有难题需要解决。“三段式”技术路线的难点在于糖化过程的成本控制及糖液质量控制。这是因为糖化过程需要消耗大量纤维素酶，同时糖液中包括五碳糖和六碳糖以及糠醛等杂质，而微生物利用五碳糖的能力较差，糠醛等杂质对微生物发酵也有抑制作用。“如何获得高质量和低成本糖化液，是‘三段式’技术路线要解决的难题。”田朝光说。

“一步法”的核心难点是如何实现秸秆边降解边发酵，以及控制发酵时间、产品发酵浓度和物料转化率。“我们团队主要研究‘一步法’技术路线，目前正在利用高温纤维素降解真菌体系，让纤维素降解和发酵处在同一温度中，通过代谢工程改造，提升生物质一步发酵燃料乙醇的效率，降低成本。”田朝光说。

田朝光坦言：“非粮生物质的主要成分是‘三素’，即纤维素、半纤维素和木质素。无论哪条路线，生物能源要实现产业化都要攻克第三个主要成分木质素的利用问题，只有三个组分都能高效、协同分解并利用，生物燃料的经济性才有保障。”

产业链协同让液体燃料落地可期

田朝光团队正在研究非粮生物质制备液体燃料的整合生物炼制技术。该技术聚焦系统揭示纤维素、半纤维素、木质素“三素”协同降解的微生物作用机制，同时探索其与目标产物合成代谢网络的调控规律，开发高效纤维素水解酶系，并和合作企业一起开发非粮生物质原料高效预处理装备与技术，以提高非粮生物质原料利用及转化效率，扩大生物制造产业原料来源。

当前，生物燃料正处在从技术攻关向产业化实施的关键时期。田朝光建议，国家能够出台相关支持政策，比如碳税等，并对企业收集秸秆和生产生物燃料给予支持，大力推行绿色低碳技术的认证和产业化实施，以全产业链的合力推动非粮生物质制备液体燃料早日实现大规模产业化应用。