本文着重研究了两个重要的实际应用问题,即:广地域多品种木质纤维素原料的长期储存和重金属污染生物质原料的能源化应用。首先,我国的作物秸秆类木质纤维素原料分布极广、品种众多且产量非常丰富,因而极其有利于进行生物炼制类的能源化应用。然而在进行大规模生物炼制应用之前要想摆脱原料供应对季节的强烈依赖性就必须要成功解决一个非常关键的问题——木质纤维素原料的无霉变长期储存,才能保证生物炼制工厂可以进行常年稳定的能源化生产。其次,近年来我国总体的土壤重金属污染情况非常严重,耕地土壤环境质量堪忧,由此每年都会产生大量的重金属污染生物质。为避免直接丢弃而引发严重的重金属二次污染,寻求合理妥善的方法来安全有效地处理这些受重金属污染的生物质便显得尤为重要。虽然目前采用生物炼制方法对这类受污染的生物质原料进行能源化应用是接近该目标的有效方法,但应用的同时做好重金属二次污染的防控工作更是重中之重。本研究为解决上述问题,借助了本实验室开发的一种成熟且优良的预处理技术——干酸预处理技术,并以此为基础分别进行了广地域多品种木质纤维素原料的长期储存测试研究以及重金属污染生物质原料的全生物质炼制研究,现将主要的研究方法及最终取得的重要结论总结如下:(1)本文第一部分主要研究了干酸预处理后的三种农作物秸秆在中国多种地域环境下进行长期储存的可行性。首先,为了让木质纤维素原料在长期储存期间避开霉变的威胁,我们采用了一种先预处理再进行长期储存的方式。其次,为了把握预处理原料在长期储存期间所发生的变化,针对多种预处理后的秸秆在中国不同城市的储存进行了全年的跟踪测试实验,主要调查了预处理原料的理化性质、组成、酶水解得率以及乙醇发酵性能的变化情况。最后,在分散式原料供应的框架下对木质纤维素原料的储存密度和资源岛外运输成本的关系进行了探讨。最终得到了如下结果或结论:第一,干酸预处理后的作物秸秆能够在中国多种复杂地域环境以及长达一年的时间内实现自身的无霉变储存,因此其拥有优良的抗霉变性能,同时也可说明这样的先干酸预处理再进行长期储存的方式是行之有效的。第二,干酸预处理之后,秸秆原料的堆积密度和振实密度明显提高,并且储存期间原料的储存密度仍在积极的上升,因此这样的性质变化有助于降低原料供应过程的运输成本。第三,干酸预处理原料在储存期间主要抑制物组分的含量显著降低,因而有助于节约后续生物脱毒的时间成本。第四,干酸预处理秸秆原料在长期储存期间酶解得率明显提高但乙醇发酵性能总体上变化不大。(2)本文第二部分以目前土壤重金属污染现状下污染现象时常发生的水稻生物质为研究对象,主要研究了基于干酸预处理技术的全生物质炼制方法对目前大量产生且难以处理的重金属污染水稻生物质进行全封闭能源化应用的可行性。重金属污染水稻的稻秆和稻米均是有潜在二次污染能力的受污染生物质,对其进行能源化应用的同时如果处理不当很容易造成严重的后果。基于干酸预处理技术的干法生物炼制过程可以率先实现重金属污染稻秆的全封闭能源化利用,但受污染稻米没有很好的利用方法,如若单独用于乙醇发酵势必会产生大量可被非法用作动物饲料的重金属污染酒糟从而导致严重的重金属二次污染。由此,为避免稻米的单独发酵,我们在干酸预处理技术的基础上尝试了一种全生物质共同炼制的方法,即:将受污染的稻米制备成水解液并以补料的形式整合至稻秆的乙醇发酵过程中,形成全生物质的发酵形式,从而成功从源头上避免重金属酒糟的产生。最终不仅取得了理想的乙醇指标(56.3 g/L),实现了能源化利用,也成功对受污染水稻生物质做到了无二次污染的全封闭处理,实现了重金属的富集。综上,干酸预处理技术对广地域多品种木质纤维素原料的长期储存及重金属污染原料全封闭能源化应用意义重大。基于干酸预处理技术的应用不仅能够成功解决农作物秸秆等木质纤维素原料的长期储存问题,还可为重金属污染水稻进行安全的全生物质能源化利用创造有利条件。因此,本研究为今后生物炼制工厂的常年原料供应以及重金属污染生物质的安全有效处理做出了一定的贡献。