以秸秆等生物质作为原料制备能源、材料和化学品是替代化石能源与粮食资源、保障能源和粮食安全以及实现“双碳”目标的重要途径，同时也是消纳地区农作物秸秆资源、促进秸秆“五化”利用特别是提升原料化利用率的有力举措。本项目以分级、汽爆和高固酶解技术为核心的生物炼制体系，实现生物质资源高效全组分利用。生产的可发酵糖是重要的平台化学品，可替代淀粉糖为合成生物学工业体系提供大宗原料，通过合成生物学相关技术转化为醇类燃料、可降解塑料、有机酸、氨基酸、抗生素等能源、材料和化学品，从而解决现有合成生物学工业几乎全部采用玉米作为原料造成的“与粮争地、与人争粮”的问题。

1. 选择性结构拆分与均质化分级技术：基于木质纤维素不同组分（长纤维与短纤维）在力学特性上的显著差异，通过自主研发的分级装置实施选择性机械分离，将原料精准划分为难降解的长纤维组分与易降解的短纤维组分；该技术通过提高原料基质的物理均一性，消除了因组分结构差异导致的传质与反应瓶颈，降低降解难度，为后续预处理和酶解过程的均质化、高效化奠定了关键基础。

2. 低能耗绿色汽爆耦合活性木质素保护技术：开发了无需酸碱添加剂的纯物理汽爆工艺，通过将操作压力精准控制在0.8 MPa（对应温度<180℃），利用瞬时闪蒸的机械力实现半纤维素、纤维素的温和分离；该工艺不仅通过降低操作强度使预处理能耗下降50%，更重要的是保留了木质素中高价值的活性官能团（如酚羟基）以供后续高值化利用，同时高温高压条件的缓和化显著抑制了糠醛、5-HMF等发酵抑制物的生成（降幅达20%），降低后续糖液的中杂质含量，并获得了聚合度更为均一的木质素产物。

3. 周期蠕动强化高固传质与酶解技术：针对高底物浓度（高固）酶解体系中混合困难、传质受限导致反应速率低下的工程难题，发明了基于周期蠕动原理的专用反应装置；通过模拟肠胃的蠕动作用强制破坏物料静态堆积，强化固-液-气三相微混合，有效解除产物（糖）的局部反馈抑制，从而在高固含量下维持较高的酶解转化率和糖浓度，显著降低后续浓缩分离的能耗。

4. 协同增效的酶系复配与非酶氧化辅助技术：通过深入解析酶解过程的限速步骤，开发了多酶复合体系，并进一步引入非酶氧化剂，利用氧化作用打开纤维素与木质素之间的化学键合（如醚键、酯键），显著增加纤维素的可及度；该协同作用大幅降低了单一酶制剂的用量，使整体用酶成本降幅超过50%，实现了低成本、高效率的秸秆糖化。

5. 基于光谱指纹的杂质靶向分离纯化技术：建立了基于紫外-可见光全波段图谱的杂质识别系统，通过解析水解液中的色素、酚类、蛋白等杂质的特征吸收峰，对其进行精确归类与溯源；根据杂质的化学结构与光谱特性，选择最适配的分离单元，实现分离路径的短流程化和精准化，显著降低分离纯化的综合成本。 

本技术已在河北廊坊中试。

在“双碳”和粮食安全战略的大背景下，合成生物学行业实现从淀粉糖到秸秆糖的转型迫在眉睫，可发酵糖的市场空间可达百万甚至千万吨量级，下游的生物基能源、材料和化学品的市场规模可达千亿元规模。秦皇岛年产秸秆量可达将近一百万吨，以年处理五十万吨秸秆制备燃料乙醇、木质素胶黏剂联产沼气和有机肥项目为例，预计年产值可达数十亿元，同时实现碳减排数十万吨。

本项目的主要竞品是淀粉糖，本技术突破了秸秆糖的成本难题，使得秸秆糖的成本与淀粉糖持平，而联产的高附加值木质素产品更可以提高项目整体的附加值。项目团队是国内较早开展秸秆制备可发酵糖研究和产业化的技术团队，与其他秸秆制备可发酵糖团队相比，具有研究历史悠久、产业化经验丰富和创新性技术领先的优势，生产的可发酵糖产品具有浓度高、抑制物低、成本低的优势，并得到了国内多家高校、企业和科研院所的下游工艺验证。