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任何一项研究成果的推广，都离不开技术上的突破，但同时必须要承受经济性的考量。“科研也好，商业也好，最终是为社会、为人类服务，因此把科研和商业化有效结合是非常重要的。对于实现将纤维素质原材料向纤维素乙醇的顺利转化，所有开发者的目标也都是如何以尽可能少的代价实现商业化的生产。”Chemtex康泰斯中国区副总裁何翌告诉记者。
技术是纤维素乙醇产业化首先要迈过的一道槛。何翌告诉记者，“在天然木质纤维素材料中，纤维素被木质素、半纤维素、胶质和蛋白质等组分包围。与传统的生产乙醇的糖质和淀粉质原材料相比，木质纤维素结构更致密，抵抗化学、酶和生物降解等外界作用的能力更强。因此，将木质纤维素原料中的纤维素、半纤维素转化为可发酵性糖，再转化为乙醇的过程中，预处理、酶解发酵、木质素分离等几个关键步骤都非常具有挑战性。”他补充说，“同时，虽然纤维素是大自然中存在最广泛的材料，但如何能够使用在不同地域生长的不同种类不同特性的纤维素质材料，也是纤维素乙醇技术商业化必须要突破的课题。”
而经济性的评价尤为关键。“正如人类社会要追求可持续发展，纤维素乙醇的生产和应用也需要可持续，那么经济可行则是可持续的纤维素乙醇生产技术的必然前提。纵观人类科学技术的发展历史，有不计其数的技术只能在实验室里束之高阁，没有得到推广，都是因为经济性和实用性无法实现。”何翌说。
值得欣慰的是，这些都没有成为纤维素乙醇产业化发展的阻碍。而通过多年的反复研究试验，Chemtex和其母公司M&G已经实现了木质纤维素转化的技术的突破，并将其工程化，基于这一技术的商业化纤维素乙醇项目正在顺利建设之中。在燃料乙醇行业浸淫了近10年的何翌彷佛已经看到纤维素乙醇行业的发展高潮。
兼顾产业链
2003年，Chemtex康泰斯开始参与第一代乙醇工厂的设计和建设，三年后Chemtex果断地将纤维素乙醇生产技术的开发作为一个战略。与众多其他公司只重视纤维素生产链条中的个别关键环节不同的是，康泰斯一开始就定位在要研发可工程化的一整套工艺过程技术。而这被何翌看作是康泰斯区别于其他纤维素乙醇技术研究者的关键。
据了解，2007年，康泰斯针对纤维素乙醇的技术开发专门建立了一个实验室，这个研发中心有50多个科学家和工程师。在研发方面，康泰斯已投入近两亿美元。
在研发初始阶段，根据几十年的工业装置的设计、建设和运行经验，康泰斯就已经考虑到日后的工程化。“我们发现，过去围绕纤维素转化以及生产乙醇所做的大量研发工作忽略了工程化的需要，而工程化的技术是产业大规模发展的前提。”何翌说。“我们的目的是为了商业化而研究，所以研发的每个阶段，技术的每个环节，都和工程化紧密结合。”
何翌打了一个比方：“一栋房子，可能画得很漂亮，但最终不一定能建起来，因为工程上可能无法实现。现实生活中的每一座漂亮的建筑物的设计，比如说鸟巢，一定是建筑师和结构师共同完成的。在纤维素乙醇技术的开发过程中，Chemtex既是建筑师也是结构师，从确定研究计划，筛选技术路线，选择工艺过程和设备的形式，都充分评估工程化和商业化的风险。将研发和工程化科学地结合起来，才能少走弯路，尽快取得商业化的突破。”
为此，康泰斯在2006年制定了一套完整的纤维素转化技术（Pro.E.Sa）开发的五年计划（2007～2011年）：第一，通过基础研究，确定工艺路线；第二，建设一个连续生产的中试装置，验证并改进工艺，同时为进一步放大做准备；第三，建设一个4万吨/年的商业示范工厂。
目前，Chemtex已经完成了Pro.E.Sa技术的工艺包的开发，并从2010年开始设计、建设每年生产4万吨纤维素乙醇的示范装置，该装置位于意大利的Crescentino，将使用当地的主要农业废弃物（麦草）和一种叫芦竹的能源作物作为原料，建成后将成为世界上最大的纤维素乙醇商业化的示范工程项目，生产的乙醇的成本将显著低于第一代乙醇。目前，这个属于欧盟FP7下的项目已经完成了大部分设计和设备采购，即将开始安装，预计将在2012年一季度投产。
恶补农艺学
“为什么第一代的生物燃料有问题，就是因为使用的主要原材料是粮和油，和人类赖以生存的食物体系形成了竞争关系。以纤维素乙醇为代表的第二代生物燃料要持续，就必须要克服这一问题。”何翌说，“就是业内常说的不与人争粮，不与粮争地。”
康泰斯认为，纤维素乙醇生产的推广和产业发展，需要因地制宜，从原料方面，要能充分利用现有的农林资源和作业体系，以降低建立和运营整个产业链条的成本，这样就要求纤维素乙醇的生产工艺能够适应广泛的来自不同地域的原料，不论是农业废弃物、林业废弃物还是能源作物。纤维素乙醇产业要能够与现有的农业体系匹配。“原来农业体系中已有的玉米秸秆、稻草、高粱杆等要能够用上，而新种的能源作物要能融入现有的农业体系，并利用上现有的收割、种植方法。”何翌告诉记者，“我们可以利用种不了粮食的地方——边际土地来种植能源作物。”
事实上，原有农业体系中的废弃物也亟需找到利用的途径。在国内，不论是东北、华北、华东、西南还是华南，农业废弃物的不合理焚烧早已是公认的事实，不仅造成环境污染，严重时甚至影响到民航的正常起落。尽管国家三令五申，一些地方政府还出台补贴政策，阻止焚烧农业废弃物。“如果能把这部分农业废弃物利用起来，这不仅对国家是非常好的一件事，也能够有利于农民增收。”何翌说。“如何利用？只有通过商业化。”
除了农林废弃物，康泰斯还展开了对能源作物的研究。“生物燃料产量的最优效率依赖于从单位生物量中最大化燃料产量和最小化能量输入。”何翌说，“与农业废弃物相比，能源作物有一些明显的优势。首先，能源作物具有更高的能量密度，并能有效地把边际土地利用起来，甚至可以改量土地。同时，选择合适的能源作物可有效减轻农业废弃物所面临的存储问题。”
“比如在中国北方农作物一年耕种一季，使用农作物废弃物生产乙醇就需要把废弃物收集储存起来。”何翌认为，“原材料的来源会逐渐从农业废弃物逐步过渡到农业废弃物和能源作物并举。”
据了解，康泰斯在意大利有60公顷的土地专门用来进行农艺学的研究，包括对已有的农作物和潜在的能源作物的筛选。比如对纤维高粱、芦竹、柳枝稷等能源作物品种的选择、种植、改良和收获进行整套的研究。同时，康泰斯还积极在北美、中美和南美开展农艺学研究，积极寻找当地最适合的能源作物。目前，康泰斯也计划在中国展开类似的工作。
在世界各地寻找适于生产纤维素乙醇的能源作物意义重大。种植能源作物具有诸多优点。第一，可以减少土壤流失，有利于保护生态环境。第二，通过形成可持续循环的能源利用方式,减少温室效应。能源作物通过光合作用可以吸收大气中的CO2，将其转化为能量储藏，并进一步被开发利用，从而良性消耗了社会经济发展与生活中产生的温室气体。第三,能源作物可以作为动物的饲料,而它们的生长区又可以作为动物的栖息地。第四，能源作物的种植又会带动其他相关产业,如运输业、服务业等,促进产业结构的调整,加速农村城镇化和工业化进程。
何翌告诉记者，“到目前为止，很多技术开发者都是针对某一种已有的原材料进行研究，比如有的专门针对玉米秸秆，有的专门针对玉米芯，有的专门针对木材。康泰斯的定位不同，我们的想法是，为全世界提供纤维素转化的技术解决方案，那么开发出的技术要能够在全世界开花结果，就要能够适应全世界的资源。”
神奇预处理
纤维素质原材料进入工厂后，第一步就是预处理。不要小看这一过程，它却是纤维素乙醇生产过程中影响投资成本和运行成本最关键的环节。“预处理过程把纤维素、半纤维素从木质素中游离出来，同时减少木质纤维素的结晶度，提高酶制剂的接及性。如果预处理效果不好，会直接影响后面的工序。首先，如果各组分分离得不好，在后面的酶解工序消耗的酶制剂就多，而目前酶制剂的成本仍然是纤维素乙醇生产成本的一个较重的组成部分。”何翌说。
他补充说，“同时，预处理过程还要兼顾到纤维素和半纤维素的利用率，以及抑制物的产生。纤维素和半纤维素的收率不高，就意味着后面可发酵性糖的收率不高，最终原料消耗大，而生产出的乙醇少。，而抑制物是对后面的工艺流程中加入的酶制剂和酵母是有毒的。”
在何翌看来，理想的预处理技术应该具备如下特点：
第一，对原材料的要求要尽可能低（种类、大小）。秸秆之类的纤维素质生物原材料要先粉碎到一定程度，才能进到设备里，比如有的技术需要把秸秆或者玉米芯切到几个毫米，就要有磨的过程。对粉碎的粒度要求越细，投入的设备和能量就越多。
第二，理想的预处理过程应不需要额外的化学手段。许多技术在预处理过程中必须要借助酸、碱等来促进预处理过程，而所加入的酸、碱，在后续生产过程中又是不需要的，这就面临要将这些酸、碱等物质分离出来、重复利用，而酸、碱又会造成对设备材料的要求也更高，增加技术的复杂性和投资成本。此外，酸、碱的加入也增加了三废处理的难度。
第三，理想的预处理过程，产生的抑制物要尽可能少。抑制物产生得越多，后面需要的酶制剂和酵母就越多，生产成本就越大。
第四，理想的预处理过程，要能适应多种不同的原料。
康泰斯开发了自己的一种独特的预处理工艺。“我们对原材料的要求粉碎到10～15公分就可以进行预处理，而且预处理过程不需要添加任何化学品，只需要蒸汽，这还可以循环利用，同时，我们的技术在预处理过程中抑制物产生水平非常低。”
经过大量的研究和试验，康泰斯已经开发出一套工艺软件模型，根据要处理的不同原材料的成分和特性，预测最合适的预处理操作条件。
“和很多同行不同，我们的研究不是针对某一种特定原料，而是希望所开发的技术能够适应世界各地的广泛的生物质原料。使用Pro.E.Sa技术，通过调整预处理的操作参数，不同的纤维素质原材料可以得到非常接近的预处理效果。”何翌认为，预处理技术的掌握，源于Chemtex和其母公司M&G几十年研发、工程和设计经验的积累。“我们借鉴了很多我们过去在纤维素、石油化工和聚合物领域的知识和经验。”
正是预处理技术具备的优点——不添加任何化学品，使预处理过程中产生的抑制物水平低，得到的纤维素（六碳糖）、半纤维素（五碳糖）和木质素更加纯净，这就等于打开了另一扇门：将这些物质进一步深化加工成其他化学品。而康泰斯的下一步的目标就是，通过进一步开发研究，利用这一纤维素转化技术转化平台，进一步开发出更有价值的可再生的化学品，用来替代许多来自石油的材料。
在预处理后的酶解环节，康泰斯也开发出具有竞争力的工艺和设备。“我们的酶解反应器中干物质浓度可以达到40%以上，酶的添加量也不需要增加。”何翌说，“高浓度酶解是实现高浓度发酵的前提，实现了高浓度酶解和发酵，即可以降低生产成本，同时可以使用尺寸更小的设备，节约一次性投资。”
据了解，第一代乙醇技术的发酵过程就是利用粮食中的淀粉，将淀粉转化成六碳糖，而第二代乙醇技术预处理后出来的半纤维素是五碳糖，用传统的技术无法发酵。而康泰斯的技术能够同时利用六碳糖和五碳糖。何翌告诉记者，“即使有了合适的微生物同时发酵五碳糖和六碳糖，在尽可能短的时间完成浓度尽可能高的发酵仍然是个挑战。”
“目前我们的发酵时间和第一代乙醇生产接近，发酵液中乙醇浓度已经能达到8%以上，而且这一指标将很快随着生物制剂的改进而提高。拿综合收率说，现在只要4到5吨原材料如秸秆就可以生产一吨乙醇。”何翌掩饰不住骄傲，“原料消耗低，生物制剂消耗也低，设备投资也更低，意味着更好的OPEX和CAPEX。”
技术是纤维素乙醇产业化首先要迈过的一道槛。何翌告诉记者，“在天然木质纤维素材料中，纤维素被木质素、半纤维素、胶质和蛋白质等组分包围。与传统的生产乙醇的糖质和淀粉质原材料相比，木质纤维素结构更致密，抵抗化学、酶和生物降解等外界作用的能力更强。因此，将木质纤维素原料中的纤维素、半纤维素转化为可发酵性糖，再转化为乙醇的过程中，预处理、酶解发酵、木质素分离等几个关键步骤都非常具有挑战性。”他补充说，“同时，虽然纤维素是大自然中存在最广泛的材料，但如何能够使用在不同地域生长的不同种类不同特性的纤维素质材料，也是纤维素乙醇技术商业化必须要突破的课题。”
而经济性的评价尤为关键。“正如人类社会要追求可持续发展，纤维素乙醇的生产和应用也需要可持续，那么经济可行则是可持续的纤维素乙醇生产技术的必然前提。纵观人类科学技术的发展历史，有不计其数的技术只能在实验室里束之高阁，没有得到推广，都是因为经济性和实用性无法实现。”何翌说。
值得欣慰的是，这些都没有成为纤维素乙醇产业化发展的阻碍。而通过多年的反复研究试验，Chemtex和其母公司M&G已经实现了木质纤维素转化的技术的突破，并将其工程化，基于这一技术的商业化纤维素乙醇项目正在顺利建设之中。在燃料乙醇行业浸淫了近10年的何翌彷佛已经看到纤维素乙醇行业的发展高潮。
兼顾产业链
2003年，Chemtex康泰斯开始参与第一代乙醇工厂的设计和建设，三年后Chemtex果断地将纤维素乙醇生产技术的开发作为一个战略。与众多其他公司只重视纤维素生产链条中的个别关键环节不同的是，康泰斯一开始就定位在要研发可工程化的一整套工艺过程技术。而这被何翌看作是康泰斯区别于其他纤维素乙醇技术研究者的关键。
据了解，2007年，康泰斯针对纤维素乙醇的技术开发专门建立了一个实验室，这个研发中心有50多个科学家和工程师。在研发方面，康泰斯已投入近两亿美元。
在研发初始阶段，根据几十年的工业装置的设计、建设和运行经验，康泰斯就已经考虑到日后的工程化。“我们发现，过去围绕纤维素转化以及生产乙醇所做的大量研发工作忽略了工程化的需要，而工程化的技术是产业大规模发展的前提。”何翌说。“我们的目的是为了商业化而研究，所以研发的每个阶段，技术的每个环节，都和工程化紧密结合。”
何翌打了一个比方：“一栋房子，可能画得很漂亮，但最终不一定能建起来，因为工程上可能无法实现。现实生活中的每一座漂亮的建筑物的设计，比如说鸟巢，一定是建筑师和结构师共同完成的。在纤维素乙醇技术的开发过程中，Chemtex既是建筑师也是结构师，从确定研究计划，筛选技术路线，选择工艺过程和设备的形式，都充分评估工程化和商业化的风险。将研发和工程化科学地结合起来，才能少走弯路，尽快取得商业化的突破。”
为此，康泰斯在2006年制定了一套完整的纤维素转化技术（Pro.E.Sa）开发的五年计划（2007～2011年）：第一，通过基础研究，确定工艺路线；第二，建设一个连续生产的中试装置，验证并改进工艺，同时为进一步放大做准备；第三，建设一个4万吨/年的商业示范工厂。
目前，Chemtex已经完成了Pro.E.Sa技术的工艺包的开发，并从2010年开始设计、建设每年生产4万吨纤维素乙醇的示范装置，该装置位于意大利的Crescentino，将使用当地的主要农业废弃物（麦草）和一种叫芦竹的能源作物作为原料，建成后将成为世界上最大的纤维素乙醇商业化的示范工程项目，生产的乙醇的成本将显著低于第一代乙醇。目前，这个属于欧盟FP7下的项目已经完成了大部分设计和设备采购，即将开始安装，预计将在2012年一季度投产。
恶补农艺学
“为什么第一代的生物燃料有问题，就是因为使用的主要原材料是粮和油，和人类赖以生存的食物体系形成了竞争关系。以纤维素乙醇为代表的第二代生物燃料要持续，就必须要克服这一问题。”何翌说，“就是业内常说的不与人争粮，不与粮争地。”
康泰斯认为，纤维素乙醇生产的推广和产业发展，需要因地制宜，从原料方面，要能充分利用现有的农林资源和作业体系，以降低建立和运营整个产业链条的成本，这样就要求纤维素乙醇的生产工艺能够适应广泛的来自不同地域的原料，不论是农业废弃物、林业废弃物还是能源作物。纤维素乙醇产业要能够与现有的农业体系匹配。“原来农业体系中已有的玉米秸秆、稻草、高粱杆等要能够用上，而新种的能源作物要能融入现有的农业体系，并利用上现有的收割、种植方法。”何翌告诉记者，“我们可以利用种不了粮食的地方——边际土地来种植能源作物。”
事实上，原有农业体系中的废弃物也亟需找到利用的途径。在国内，不论是东北、华北、华东、西南还是华南，农业废弃物的不合理焚烧早已是公认的事实，不仅造成环境污染，严重时甚至影响到民航的正常起落。尽管国家三令五申，一些地方政府还出台补贴政策，阻止焚烧农业废弃物。“如果能把这部分农业废弃物利用起来，这不仅对国家是非常好的一件事，也能够有利于农民增收。”何翌说。“如何利用？只有通过商业化。”
除了农林废弃物，康泰斯还展开了对能源作物的研究。“生物燃料产量的最优效率依赖于从单位生物量中最大化燃料产量和最小化能量输入。”何翌说，“与农业废弃物相比，能源作物有一些明显的优势。首先，能源作物具有更高的能量密度，并能有效地把边际土地利用起来，甚至可以改量土地。同时，选择合适的能源作物可有效减轻农业废弃物所面临的存储问题。”
“比如在中国北方农作物一年耕种一季，使用农作物废弃物生产乙醇就需要把废弃物收集储存起来。”何翌认为，“原材料的来源会逐渐从农业废弃物逐步过渡到农业废弃物和能源作物并举。”
据了解，康泰斯在意大利有60公顷的土地专门用来进行农艺学的研究，包括对已有的农作物和潜在的能源作物的筛选。比如对纤维高粱、芦竹、柳枝稷等能源作物品种的选择、种植、改良和收获进行整套的研究。同时，康泰斯还积极在北美、中美和南美开展农艺学研究，积极寻找当地最适合的能源作物。目前，康泰斯也计划在中国展开类似的工作。
在世界各地寻找适于生产纤维素乙醇的能源作物意义重大。种植能源作物具有诸多优点。第一，可以减少土壤流失，有利于保护生态环境。第二，通过形成可持续循环的能源利用方式,减少温室效应。能源作物通过光合作用可以吸收大气中的CO2，将其转化为能量储藏，并进一步被开发利用，从而良性消耗了社会经济发展与生活中产生的温室气体。第三,能源作物可以作为动物的饲料,而它们的生长区又可以作为动物的栖息地。第四，能源作物的种植又会带动其他相关产业,如运输业、服务业等,促进产业结构的调整,加速农村城镇化和工业化进程。
何翌告诉记者，“到目前为止，很多技术开发者都是针对某一种已有的原材料进行研究，比如有的专门针对玉米秸秆，有的专门针对玉米芯，有的专门针对木材。康泰斯的定位不同，我们的想法是，为全世界提供纤维素转化的技术解决方案，那么开发出的技术要能够在全世界开花结果，就要能够适应全世界的资源。”
神奇预处理
纤维素质原材料进入工厂后，第一步就是预处理。不要小看这一过程，它却是纤维素乙醇生产过程中影响投资成本和运行成本最关键的环节。“预处理过程把纤维素、半纤维素从木质素中游离出来，同时减少木质纤维素的结晶度，提高酶制剂的接及性。如果预处理效果不好，会直接影响后面的工序。首先，如果各组分分离得不好，在后面的酶解工序消耗的酶制剂就多，而目前酶制剂的成本仍然是纤维素乙醇生产成本的一个较重的组成部分。”何翌说。
他补充说，“同时，预处理过程还要兼顾到纤维素和半纤维素的利用率，以及抑制物的产生。纤维素和半纤维素的收率不高，就意味着后面可发酵性糖的收率不高，最终原料消耗大，而生产出的乙醇少。，而抑制物是对后面的工艺流程中加入的酶制剂和酵母是有毒的。”
在何翌看来，理想的预处理技术应该具备如下特点：
第一，对原材料的要求要尽可能低（种类、大小）。秸秆之类的纤维素质生物原材料要先粉碎到一定程度，才能进到设备里，比如有的技术需要把秸秆或者玉米芯切到几个毫米，就要有磨的过程。对粉碎的粒度要求越细，投入的设备和能量就越多。
第二，理想的预处理过程应不需要额外的化学手段。许多技术在预处理过程中必须要借助酸、碱等来促进预处理过程，而所加入的酸、碱，在后续生产过程中又是不需要的，这就面临要将这些酸、碱等物质分离出来、重复利用，而酸、碱又会造成对设备材料的要求也更高，增加技术的复杂性和投资成本。此外，酸、碱的加入也增加了三废处理的难度。
第三，理想的预处理过程，产生的抑制物要尽可能少。抑制物产生得越多，后面需要的酶制剂和酵母就越多，生产成本就越大。
第四，理想的预处理过程，要能适应多种不同的原料。
康泰斯开发了自己的一种独特的预处理工艺。“我们对原材料的要求粉碎到10～15公分就可以进行预处理，而且预处理过程不需要添加任何化学品，只需要蒸汽，这还可以循环利用，同时，我们的技术在预处理过程中抑制物产生水平非常低。”
经过大量的研究和试验，康泰斯已经开发出一套工艺软件模型，根据要处理的不同原材料的成分和特性，预测最合适的预处理操作条件。
“和很多同行不同，我们的研究不是针对某一种特定原料，而是希望所开发的技术能够适应世界各地的广泛的生物质原料。使用Pro.E.Sa技术，通过调整预处理的操作参数，不同的纤维素质原材料可以得到非常接近的预处理效果。”何翌认为，预处理技术的掌握，源于Chemtex和其母公司M&G几十年研发、工程和设计经验的积累。“我们借鉴了很多我们过去在纤维素、石油化工和聚合物领域的知识和经验。”
正是预处理技术具备的优点——不添加任何化学品，使预处理过程中产生的抑制物水平低，得到的纤维素（六碳糖）、半纤维素（五碳糖）和木质素更加纯净，这就等于打开了另一扇门：将这些物质进一步深化加工成其他化学品。而康泰斯的下一步的目标就是，通过进一步开发研究，利用这一纤维素转化技术转化平台，进一步开发出更有价值的可再生的化学品，用来替代许多来自石油的材料。
在预处理后的酶解环节，康泰斯也开发出具有竞争力的工艺和设备。“我们的酶解反应器中干物质浓度可以达到40%以上，酶的添加量也不需要增加。”何翌说，“高浓度酶解是实现高浓度发酵的前提，实现了高浓度酶解和发酵，即可以降低生产成本，同时可以使用尺寸更小的设备，节约一次性投资。”
据了解，第一代乙醇技术的发酵过程就是利用粮食中的淀粉，将淀粉转化成六碳糖，而第二代乙醇技术预处理后出来的半纤维素是五碳糖，用传统的技术无法发酵。而康泰斯的技术能够同时利用六碳糖和五碳糖。何翌告诉记者，“即使有了合适的微生物同时发酵五碳糖和六碳糖，在尽可能短的时间完成浓度尽可能高的发酵仍然是个挑战。”
“目前我们的发酵时间和第一代乙醇生产接近，发酵液中乙醇浓度已经能达到8%以上，而且这一指标将很快随着生物制剂的改进而提高。拿综合收率说，现在只要4到5吨原材料如秸秆就可以生产一吨乙醇。”何翌掩饰不住骄傲，“原料消耗低，生物制剂消耗也低，设备投资也更低，意味着更好的OPEX和CAPEX。”