過去幾十年，傳統制造業在將資源轉變為產品的過程中，消耗了大量有限資源，并造成嚴重的環境污染，綠色制造繼而成為21世紀可持續發展的重要話題。生物發酵作為綠色制造的重要一環，經過20多年的發展，其產品質量、技術創新能力和資源綜合利用水平均得到全面提高，發展重點也由過去注重量的增加轉變為追求質的提升、效益的提高以及全方位綠色生產的推行。
目前，我國生物發酵產業在下游加工核心技術水平上與國外仍具有較大差距。而發酵產物的下游加工過程先進與否直接關系到發酵產業的經濟效益，關系到整個生物技術產業的興衰。在發酵產品的生產過程中，產品從水中分離及精制過程所需費用占總成本的60-90%；同時分離純化過程操作復雜、使用了有毒有機溶劑，違背了綠色化工的初衷，且大大提高了衍生產品的成本，降低了其市場競爭力，這一點在大宗化學品的合成中表現尤為突出。此外，隨著生物技術產業規模的擴大，廢水污染問題越來越突出。發酵廢水水質特點是“兩高”即：高有機物濃度和高懸浮物濃度。直接排放將對環境造成巨大危害，而常規處理方法成本高，企業負擔大。因此，研發更加綠色的下游加工及水處理工藝已成為發酵工業發展的新趨勢。
針對發酵產物分離精制加工成本高的問題，青島能源所生物基材料組群馮德鑫研究組提出發酵產品水相原位轉化技術。區別于傳統分離精制過程的最大特點是原位轉化不需要對發酵產物進行分離提純直接進行衍生化制備得到高附加值化學品。本研究組通過合成多種固體酸復合催化劑替代傳統高污質子酸催化劑，將發酵液中單糖、酮、長鏈羧酸等生物基產品原位轉化為呋喃類化合物、呋咱類化合物和生物柴油等，原料轉化率均可達到90%以上，從而實現水相條件下高效綠色轉化。相關成果已申請專利10篇，發表論文5篇。
針對發酵廢水后續處理，梁鳳兵等研究人員圍繞綠色、高效、無害化廢水處理，開展了環保技術研究，旨在提供系統的發酵廢水處理節能環保新途徑，建立“近零污染發酵廢水無害化處理回用系統”。針對廢水中有機污染物，設計研發了TiO2基復合催化劑，建立了光催化氧化工藝并申請專利1項；通過新型Fenton 氧化催化劑研發，將反應速率提升到傳統方法的3 倍，COD 去除率提升到傳統方法的1.4 倍以上，并通過非均相Fenton 氧化催化劑研發，實現了催化劑回用，解決了傳統Fenton 氧化造成鐵鹽污染的產業應用瓶頸問題，已申請專利3項，授權1項；通過篩選、誘變得到耐酸性高效降解菌，處理廢水酸度可達到pH = 1，已申請專利1項。發酵廢水經集成處理后，水資源回用率達到60%以上。
上述研究獲得了國家自然科學基金、山東省重點研發計劃等項目的支持。（文/圖 梁鳳兵 馮德鑫）
