木质纤维素生物质，如玉米秸秆，是地球上储量最丰富的农业废弃物资源之一，被认为是构建可持续生物经济的关键候选原料。然而，其产业化利用长期受制于“碳利用效率低”的瓶颈。以纤维素燃料乙醇为例，在乙醇发酵过程中，近三分之一的碳原子会以二氧化碳形式流失。此外，发酵液中仍会残留未被完全发酵的有机物，导致过程累计碳损失可高达60%。为破解这一难题，中国科学院成都生物研究所等，提出木质纤维素生物质碳资源的梯级利用路线，构建了“纤维素乙醇发酵—厌氧消化乙醇废醪液—沼液耦合乙醇尾气培养微藻”的三位一体集成梯级工艺，实现木质纤维素碳资源的全链条捕获与高值化转化。研究人员利用代谢工程改造的酿酒酵母，对预处理后的玉米秸秆水解液进行高效混合糖发酵，有效突破了传统菌株难以利用戊糖的技术瓶颈；将发酵产生的乙醇废醪液（含残留有机物）进行厌氧消化制取甲烷，实现残留碳资源的二次回收；以厌氧消化产生的沼液与乙醇发酵过程中捕获的二氧化碳共同作为微藻培养基质，在完成碳的生物固定的同时，实现营养物质的循环利用。通过这一集成梯级工艺，以玉米秸秆为代表的木质纤维素类生物质碳利用率从传统工艺的48%提升至62%。在此基础上，研究人员进一步开展工业放大模拟与技术经济分析，构建了日处理2000吨玉米秸秆的工业级整合工艺模型。分析显示，该路线的最低乙醇售价可达2.44美元/加仑，已接近当前市场水平。同时，明确原料成本和纤维素酶成本为主要成本驱动因素，为后续工艺优化与产业化落地提供了清晰方向。相关研究成果以Valorizing Every Carbon Atom: A Cascade Bioprocess for Advanced Biofuels from Corn-Stover-Derived Lignocellulose为题，发表在《环境科学与技术》（Environmental Science & Technology）上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和四川省科技计划等的支持。论文链接研究提出木质纤维素生物质碳资源的梯级利用路线