关键词 |非粮生物质进展|蒸汽爆破|埃尔派粉体

中国年产非粮生物质资源达43亿吨（含秸秆、畜禽粪污、林业废弃物等），相当于8.65亿吨标准煤。但要把这些"废弃物"变成"战略资源"，预处理是绕不开的第一关。

有一家企业，用蒸汽爆破技术把能耗降低了30%，酶解效率提高两倍，更关键的是，找到了解决批次稳定性问题的可行路径。

2025年11月28日，在第五届非粮生物质高值化利用论坛上，山东埃尔派粉体科技股份有限公司 研发工程师 刘英杰详细介绍了新型蒸汽爆破技术的突破点和应用案例。

对于非粮生物质利用企业、生物制造来说，这项技术突破的产业难点，有望同时降低非粮生物质预处理的成本，和提高预处理的品质，值得特别关注。

三个绕不开的技术瓶颈

行业面临三个实实在在的技术瓶颈：

第一，三素屏障：结构致密难破坏。木质素、纤维素、半纤维素紧密缠绕构成的网络结构，破坏难度大。

第二，低效转化：酶解发酵周期长、能耗成本高。传统的酶解、发酵方法，处理周期长，效率低，环保影响大。

第三，质量波动：原料来源多样、性能差异。不同产地、不同季节的秸秆、竹木，批次稳定性差，这对下游应用来说是灾难性的——原料批次一变，产品性能就不稳定，难以商业化。

传统预处理方法各有局限：化学法存在设备腐蚀、环境污染问题；生物法处理周期长、效率低、稳定性差；传统物理法虽然相对环保，但能耗较高。

蒸汽爆破技术的突破点

蒸汽爆破技术的原理是：把生物质材料放在高温高压的饱和蒸汽环境中，让蒸汽渗透到纤维内部，然后突然泄压。这时候，材料内部的水分会瞬间汽化膨胀，产生巨大的爆破力，从内部把纤维结构"炸开"。

新型蒸汽爆破技术的关键改进体现在：

采用瞬喷式爆破。瞬喷式爆破相比传统热喷方式，速度更快，纤维结构的破坏更均匀、更彻底，避免了"外面爆破充分，里面还是生的"的情况。实测数据显示，能耗可降低30%，酶解效率提高两倍。

流程易控、处理速度快。相比传统方法，瞬喷式爆破的工艺流程更容易控制，处理速度显著提升。

均匀性好、结构破坏彻底。能够实现生物质材料的均匀处理，纤维结构破坏更彻底，为后续的酶解发酵提供更好的基础。

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三个典型场景：从验证到破局

场景一：秸秆制糖——纤维素转化率从0到90%

有研究团队做了一组对比实验：把秸秆分成三组，分别用不处理（1号秸秆）、热喷汽爆（2号秸秆）、瞬喷汽爆（3号秸秆）三种方式处理，然后用同样的酶解条件测试转化率。

结果非常直观：

●   未处理的秸秆：酶解24小时后，葡萄糖含量只有5 g/L，转化率25%-30%

●   热喷汽爆处理后：葡萄糖含量提升到18 g/L，转化率36%-48%

●   瞬喷汽爆处理后：葡萄糖含量达到22 g/L，转化率45%-60%

如果继续补加酶，瞬喷汽爆处理的秸秆，葡萄糖酶解转化率可达60-80%。

更关键的是，对蒸汽爆破秸秆进行水洗预处理，可以进一步提升葡萄糖产量，从而提高生物质转化效率。

研究团队还找到了一个最佳的工艺参数窗口：R₀值（爆破强度因子，综合考虑保压时间和蒸汽温度的参数）

当R₀值在3.75到4.13之间时，爆破效果最好。在这个窗口内，秸秆呈现深褐色，纤维质感松散，酶解效率最高。

这个发现的价值在于：它给出了一个可量化、可复制的工艺参数窗口，企业在实际应用时，只要把R₀值控制在这个范围内，就能稳定地获得高转化率。

还有一个重要数据：在20%高固含量的条件下，糖转化率仍然可以保持在70%以上，这说明该技术具备规模化应用的经济性。

场景二：硬碳材料——破解批次稳定性难题

生物基硬碳材料具有成本低、来源可再生的优点，但批次稳定性很差，这是制约其产业化的关键瓶颈。

有研究团队用竹粉做了对比实验：一组直接高温碳化，另一组先经过蒸汽爆破预处理再碳化。

从透射电镜图可以看到：

未汽爆的竹粉碳化后：碳层间距0.37 nm，闭孔结构少

汽爆处理后：碳层间距扩大到0.38 nm，闭孔结构明显增多

这0.01 nm的差异，对钠离子存储至关重要。层间距更大，意味着钠离子更容易嵌入；伪石墨层的形成和闭孔结构的增加，形成更多的储钠位点，增加平台区的比容量，提高电化学性能。

性能数据更直观：

未汽爆处理：放电容量186.8 mAh/g，充电容量137.2 mAh/g，首次库伦效率73.10%

汽爆处理后：放电容量328.1 mAh/g，充电容量272.7 mAh/g，首次库伦效率82.36%

放电容量提升75.7%，充电容量提升98.8%，首效提升12.6%。

更关键的是，通过优化汽爆工艺参数，可以系统性地调控硬碳的微观结构，有效地降低材料的比表面积以及微孔数量。

这就为解决批次稳定性问题提供了一条可行路径：即使原料有波动，也可以通过工艺参数的调整，让最终产品的性能保持一致。

实际测试显示，坚果壳制备的多孔碳负极，装配成18650锂电池后循环430圈，效率达到90%以上，表现出良好的循环稳定性。

场景三：塑料填料——力学性能提升30%+

可降解塑料需要生物基填料，但传统生物基填料的力学性能往往不够好。蒸汽爆破能解决这个问题。

经过汽爆处理后，竹粉的成分发生了显著变化：

纤维素：从56.94%提升到75.49%（+18.55%）

半纤维素：从22.17%降低到3.47%（-18.70%）

木质素：基本保持不变（20.89%→21.04%）

纤维素含量高达75%，意味着单位质量竹粉能为塑料基体提供更强的力学增强效果。

从形态上看，汽爆后的竹粉也发生了明显变化：

纤维数均长度：从0.356 mm增加到0.426 mm（+19.7%）

纤维重均长度：从0.458 mm增加到0.579 mm（+26.4%）

纤维宽度：从26 μm减少到17.2 μm（-33.8%）

卷曲度：从3.36%增加到12.18%（+262.8%）

竹粉直径减小、长径比增大，半纤维素水解使表面粗糙、比表面积增大，与塑料的界面机械粘合力增强。

最终的力学性能数据：

抗拉强度：从8.2 MPa提升到10.78 MPa（+31%）

抗弯强度：从8.5 MPa提升到10.56 MPa（+24%）

这个提升幅度，对于复合材料来说已经非常可观。而且，发酵、制糖后的残渣（主要成分是木质素）经过粉碎后也可以作为填料，木质素为非极性，与塑料有更好的相容性。

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从实验室到工厂

目前，已经有企业建立了从实验室到产业化的完整设备体系：

1L实验室级设备：用于工艺探索

5L小设备：工艺探索

100L设备：物理试验

300L中试设备：迈向产业化

这套体系让科研团队和企业可以从小规模试验开始，逐步验证技术的可行性，大大降低了技术验证的风险和成本。

而且，已经有智能化蒸汽爆破自动生产线在建设中，设计产能5-10万吨/年，预计将于2026年元旦前后建成。

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一个行业基础设施的升级

蒸汽爆破技术在这三个典型场景中展现出的价值，指向了一个共同的方向：

在秸秆制糖领域，瞬喷汽爆使纤维素转化率从近乎0提升至90%以上，水洗预处理可进一步提升葡萄糖产量，在20%高固含量下糖转化率仍大于70%，具备规模化应用经济性。

在硬碳材料领域，蒸汽爆破通过优化孔结构、扩大层间距、增加闭孔数量，系统性提升储钠能力与首次库伦效率，从根本上改善生物基原料批次稳定性差的行业难题，为规模化、一致性生产提供保障。

在塑料填料领域，蒸汽爆破使竹粉纤维"微纳上市公司进展化"，大幅提升比表面积与界面结合力，复合材料力学性能提升超过30%，成功将可再生、可降解的竹粉与木质素作为填料，推动材料绿色低碳转型。

这不只是一项技术的突破，更像是行业基础设施的升级。它不会直接创造终端产品，但它会让所有下游应用变得更高效、更经济、更可持续。

▌参考信息：本文部分素材来自第五届非粮生物质高值化利用论坛。由作者重新编写，系作者个人观点，本平台发布仅为了传达一种不同观点，不代表对该观点赞同或支持。如果有任何问题，请联系我们：15381397601（微信同号）。