（一）生物煉制系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)《生物煉制路線圖》專家組的定義，生物煉制生產(chǎn)鏈條主要由4部分構(gòu)成：一是原料供應(yīng)，生物質(zhì)原材料的制備供應(yīng)；二是一次煉制，即對(duì)生物質(zhì)原材料進(jìn)行成分分離，此階段主要采用的是物理機(jī)械技術(shù)工藝；三是二次煉制，即對(duì)經(jīng)過一次加工后的中間產(chǎn)品進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，此階段主要采用的是化學(xué)生物技術(shù)工藝；四是成品銷售，生物煉制制成品進(jìn)入銷售市場(chǎng)。一次煉制過程中，生物質(zhì)原材料被分離成為中間產(chǎn)品（如纖維素、淀粉、糖料、汕料、木質(zhì)素、植物纖維、沼氣、混合氣等）。二次煉制過程中，對(duì)經(jīng)過一次煉制后中間原料產(chǎn)品進(jìn)行轉(zhuǎn)化精煉，形成半成品或者成品。因此，生物煉制作為整體系統(tǒng)包括4項(xiàng)核心要素：生物質(zhì)原料、中間產(chǎn)品、工藝流程、最終產(chǎn)品。表4-4詳細(xì)列出了生物煉制系統(tǒng)核心要素構(gòu)成情況。

從表4-4可以看出，生物煉制所需生物質(zhì)原材料來源豐富多樣，包括陸生植物、水生植物、工業(yè)生物質(zhì)廢棄物、生活生物質(zhì)廢棄物等等，但仍可以按照其組成成分劃分為：碳水化合物、脂類、蛋白質(zhì)、木質(zhì)素等四大基本類型。生物煉制工藝技術(shù)流程可分為：物理機(jī)械工藝（粉碎、干燥、加溫、冷卻、壓縮、過濾、蒸餾和萃取等）、熱化學(xué)工藝（焚燒、氣化、熱解和水熱法等）、化學(xué)工藝（氧化、加氫、酯化、醚化、水解、聚合和化學(xué)催化等）、生物工藝（發(fā)酵、酶催化等）等四種類。生物煉制的最終產(chǎn)品分為“工業(yè)生產(chǎn)原材料產(chǎn)品”和“生物質(zhì)能源產(chǎn)品”兩大類。目前，與傳統(tǒng)石化工業(yè)相比，生物煉制產(chǎn)品所占市場(chǎng)份額依然很小。2008年，德國約有360萬噸生物質(zhì)原料用于原材料產(chǎn)品生產(chǎn)；2010年，生物質(zhì)能源占德國能源消費(fèi)總量的7.9%，占可再生能源消費(fèi)總量的71%。

表4-4　生物煉制系統(tǒng)核心要素構(gòu)成表

（二）生物煉制物質(zhì)流程

國際能源署（IEA）對(duì)生物煉制系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)概念作出了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并將生物煉制的“中間產(chǎn)品”定義為“生物煉制平臺(tái)”（這些中間產(chǎn)品是生物質(zhì)原材料在一次煉制過程中分離出來的產(chǎn)品，成為二次煉制的生產(chǎn)原料），并給出了生物煉制物質(zhì)流程圖。

（三）生物煉制技術(shù)體系

按照生物煉制體系內(nèi)部原料、平臺(tái)、工藝和產(chǎn)品組成，生物煉制技術(shù)體系包括：糖與淀粉生物煉制，植物與藻類油脂生物煉制，木質(zhì)纖維素生物煉制，合成氣生物煉制，沼氣生物煉制等五大技術(shù)領(lǐng)域。各領(lǐng)域內(nèi)容構(gòu)成如下：

圖4-13　生物煉制物質(zhì)流程示意圖

1.糖與淀粉生物煉制

（1）糖料生物煉制以在一次煉制過程中利用分離技術(shù)工藝獲得砂糖中間產(chǎn)品為基本特征，在一次煉制過程中獲得的砂糖可在二次煉制中用于生產(chǎn)乙醇等產(chǎn)品的發(fā)酵原料。目前，德國的主要糖料生物煉制作物是甜菜。

（2）淀粉生物煉制以在一次煉制過程中利用分離技術(shù)工藝獲得淀粉中間產(chǎn)品為基本特征。玉米、小麥、水稻、土豆和木薯均可作為其生產(chǎn)原材料，德國主要種植應(yīng)用的材料是土豆、玉米和小麥。作為淀粉生物煉制中間產(chǎn)品，天然淀粉可直接用于食品生產(chǎn)加工行業(yè)。同時(shí)，淀粉在化工領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用（如紙張、論壇、黏結(jié)劑、添加劑等）。

2.植物與藻類油脂生物煉制

（1）植物油脂生物煉制以通過一次煉制獲得植物油料中間產(chǎn)品為基本特征。從全球范圍來看，植物油脂生物煉制生產(chǎn)原材料包括油菜籽、棉花籽、花生、大豆、葵花、橄欖、棕櫚等多種油料作物。油萊和葵花是德國主要植物油料作物。植物油脂生物煉制中間產(chǎn)品經(jīng)過二次煉制，可直接生產(chǎn)生物柴油用于發(fā)電、供熱和動(dòng)力燃料，也可以提煉脂肪酸和甘油等生產(chǎn)原料用于化工生產(chǎn)。

（2）藻類油脂生物煉制以通過一次煉制獲得藻類脂類中間產(chǎn)品為基本特征。目前，藻類油脂生物煉制原材料主要是微藻。微藻中富含的蛋白質(zhì)成分可以直接用于飼料食品生產(chǎn)。微藻中富含的酯類和甘油可用于制備液體燃料，經(jīng)二次煉制制備生物質(zhì)燃油熱值很高（是木材或農(nóng)作物秸稈的1.4～2倍）。此外，微藻富含的維生素、硫胺素、核黃素、吡多醇、生物素、肌醇、葉酸、泛酸鈣和煙酸等成分等在醫(yī)藥化工領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用。

3.木質(zhì)纖維素生物煉制 木質(zhì)纖維素生物煉制以通過一次煉制獲得木質(zhì)素、纖維素和半纖維素等中間產(chǎn)品為基本特征。木質(zhì)纖維素生物煉制原料來源廣泛包括：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物（稻草、蔗渣、玉米穗軸等）、能源作物（一年生或多年生牧草）、木材和有機(jī)廢物（廢紙等）等。目前，德國木質(zhì)纖維素生物煉制原料主要是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物和木材。木質(zhì)素和纖維素經(jīng)過二次煉制可以用于制備葡萄糖、木糖、乙醇、有機(jī)酸、氨基酸等能源化工產(chǎn)品原料。

4.合成氣生物煉制 合成氣生物煉制在一次煉制中沒有經(jīng)過獨(dú)立的物理分離過程，而是通過類似利用生物質(zhì)有機(jī)質(zhì)制備沼氣的方式生產(chǎn)合成氣。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物、能源作物、木材、干生物廢棄物等均可以作為合成氣生物煉制原料。目前，德國合成氣生物煉制原料主要是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物和木材。合成氣生物煉制的最大優(yōu)勢(shì)是可以經(jīng)過二次煉制可以獲得多種能源和化工產(chǎn)品，如氨及相關(guān)產(chǎn)品、甲醇及相關(guān)產(chǎn)品、費(fèi)托合成產(chǎn)品、氫甲酰化產(chǎn)品等。

5.沼氣生物煉制 沼氣生物煉制在一次煉制中也沒有獨(dú)立的物理分離過程，主要利用微生物發(fā)酵工藝生產(chǎn)原始沼氣。有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物、作物秸稈、食品加工有機(jī)廢棄物、城市有機(jī)廢棄物和能源作物廢棄物等均可以作為沼氣生物煉制原材料。原始沼氣經(jīng)過二次煉制可以直接用于供熱、發(fā)電和汽車燃料，也可以通過凈化、干燥、脫硫等工藝流程并入能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。沼氣發(fā)酵的殘余物可以用農(nóng)業(yè)肥料生產(chǎn)。