一、技术原理

       瞬时弹射式蒸汽爆破（Instant Catapult SteamExplosion, ICSE）是应用蒸汽弹射原理实现的爆炸过程对生物质进行预处理的一种技术。其技术本质为：将渗进植物组织内部的蒸汽分子瞬时释放完毕，使蒸汽内能转化为机械能并作用于生物质组织细胞层间，从而用较少的能量将原料按目的分解。由于其既避免了化学处理的二次污染问题，又解决了目前生物处理效率低的问题，是生物质转化领域最有前景的预处理技术。

       蒸汽爆破的两个典型特征是：处理过程产生“爆炸声”；同时，爆出物料明显“降温”。这里需要特别指出的是，生物质蒸汽爆破技术和较早被利用的热喷技术、膨化技术存在根本区别，这些区别主要体现在：

（1）爆破技术的核心是利用蒸汽压力和汽爆设备特殊的结构设计，可使物料在爆炸声中（毫秒）瞬时全部爆出。由于爆破瞬间前后造成了植物体内外的几十倍压差，使植物体内部组织结构破坏，木质素与纤维素、半纤维素大幅度分离和断裂，导致这种变化作用力的其直观表现是“炸”声。

（2）特殊结构设计，使蒸汽在爆破中能够实现比较完全的热功转变，热能转换成了机械能对植物做功。其外在的表现特征是爆破物温度短时间内发生显著下降，由240℃骤然降到近50℃。

二、 汽爆技术定位

       首先讲汽爆技术具有广义性。总体说，只要做生物质利用，几乎都离不开汽爆处理。这句话看似绝对，但被不断验证。因为汽爆是唯一一种可以使生物质细胞快速破裂、降解，直至分子层面断裂的可工业化实施的手段。几乎无法举出另一种方式能与之抗衡。这意味着汽爆可以成为一种广义技术，就像色谱一样，成为千百个行业都无法绕开的核心技术。

       第二是汽爆技术在我们这里产生了唯一性。就是理论界较为统一的认同了现在这一汽爆模式——瞬时弹射式蒸汽爆破。由于这一汽爆技术首次实现了超音速爆破，带来的效果前所未有，有可以低成本大规模实施，成为汽爆技术的突破口。掌握这一技术的公司只有我们一家。这至少会给我们几十年时间遥遥领先与其他人独步这一领域。

       以上这些只是瞬时弹射式汽爆ICSE技术的一部分应用介绍，其在固废、污泥、有机垃圾等环境治理方面，在生物能源、生物发酵、生物化工等诸多领域，有着广泛而深刻的革命性意义，并已在众多高校的食品、生物研究领域成为标准试验装备。特别是在中药材及食品破壁加工、海产品加工等领域，对行业有着颠覆性的作用。

       QB系列瞬时弹射式汽爆机，仅通过水蒸气这一单一介质，实现对各类生物质的深层破壁、降解、无害化的设备。设备现有应用于四大领域，数十个应用方向。一是食药材加工，包括药材破壁、槟榔软化、膨化人参、速食海参、蟹壳素提取、全骨液化、海产品加工、膳食纤维加工、粮食膨化、大豆花生熟化破壁榨油、茶叶破壁等应用方向。二是纤维素利用，包括无碱造纸、低聚糖萃取、非粮燃料乙醇、生物质天然气、烟草膨胀加工、无胶秸秆塑模、麻类脱胶等。三是生物发酵预处理，包括酵母培养基制备、粮食酿造、酿酒、汽爆生物饲料、羽毛血骨粉脱臭、汽爆高纯有机肥、汽爆生物菌培养及各类发酵行业等。四是危废处理，包括抗生素菌渣无害化、褐煤加工腐殖酸、有机垃圾制肥、污泥液化发酵、粪便及病死畜禽无害化等。适用于多种规模生产工艺系统使用。

       超音速是指爆破瞬间，物料、蒸汽等介质的爆破冲击速度，超过了音速。整个爆破过程发生在0.00875秒内，这使爆破能量的释放时间极短，产生了MW级的爆破功率密度。

三、 ICSE技术团队概况       

       清华苏州环境创新研究院的汽爆环境领域应用研发团队，在全球范围内首次提出了超音速汽爆设备的原理模型，是目前全球唯一掌握超音速汽爆设备研发、制造及其系统应用的技术团队。所开发的系列汽爆机，从核心零部件、系统集成、自控系统，均为独立研发、独立制造，整体产品具有完全自主知识产权。技术团队目前承担着国家“八六三”专项课题一项，科技部重大专项一项，省科技任务三项，站在了ICSE技术应用前沿。在国内外四十余所高校建立了ICSE技术试验站，并出版相关专著：《生物能源技术与工程化》，2012年团队在生物资源领域知名期刊”BioresourceTechnology”（五年平均IF指数5.352）发表ICSE理论架构文章“A Real Explosion: The Requirement of Steam ExplosionPretreatment”。

        团队首席科学家于政道博士先后主持完成两项省部级科技成果，主持并完成一项农业部“948”项目验收结题。

四、 汽爆技术发展状况

       ICSE技术团队自组建以来在国内外汽爆技术领域具有举足轻重的重要作用。这主要体现在以下四个方面：

1、确立了全新的汽爆技术概念和理论体系，并在行业内被广为接受。为了澄清汽爆技术在认识上的误区，团队在大量科研实验的数据基础上，通过严密的理论分析，提出了全新的汽爆技术概念，改变了多年来在汽爆技术领域内的多种错误认识和误解，使多个原来放弃对汽爆技术进行深入应用的工业领域又重新开始研究应用。特别是针对受国外公司误导，将连续蒸煮、热喷放等伪汽爆方式广为宣传的问题，团队将撰写的《蒸汽爆破概念的澄清》文章同国内中科院系统及各大高校的相关专家进行了密切交流，并获得了广泛的赞同。特别是关于在汽爆超音速理论的概念提出方面，我团队提出的0.00875秒超音速爆破速度，是目前世界上蒸汽爆破最快的速度，也是真正符合爆破标准，能够实现工程热力学热功转换的爆破过程，为汽爆技术开辟了崭新的研发天地。

2、开发出了成熟而先进的成套汽爆设备，涵盖了从实验室规模到中大规模生产的全系列不同机型，使汽爆技术在我国的应用走在了世界前列。目前，团队所开发出的QBS系列汽爆工艺试验台、LB系列立式数控连续汽爆机、雷爆系列数控连续爆破制浆机、WB系列卧式数控连续汽爆机等系列机型均已进入市场，并被在多领域广为应用。特别在2007年科技部首个非粮乙醇项目中，采用了我团队LB-2型连续汽爆机，已完成了年产300吨燃料乙醇的中试阶段，并即将进入规模生产阶段。这些充分说明了应用全新汽爆理论技术的系列汽爆生产试验设备走入了正规化、产业化的发展轨道。

3、在众多汽爆技术应用领域取得了优异的成效，其中许多指标达到了国际先进水平。自2007年组建后，依托原企业科研部门，对已取得良好效果的QBZ—X系列全自动汽爆设备进行多领域、多技术课题的应用开发，对农作物秸秆纤维素、木质素、糖链的分离过程进行了全方位的科学论证和实验。目前，以生物质发酵汽爆预处理、秸秆纤维板材生产预处理、汽爆无碱造纸制浆等三大主课题方向为支撑，开发了汽爆设备在多领域内运用的技术工艺过程，并得到了以往传统工艺所无法企及的技术效果。例如，在汽爆无碱造纸制浆技术领域，首次在世界上实现10秒内完成制浆过程，取代了以往30分钟以上的长时间蒸煮工艺，不仅使原来造纸废水高达3~4万的COD排放降至500，而且使每吨制浆能耗仅相当原来的5%，实现了造纸业节能与减排的完美结合。这对于排污总量占我国80%的造纸业来说，可以大大缓解我国的环保压力，意义重大。因而得到了国家造纸工程中心的多位专家的高度赞誉。

4、与国内众多国家级院所进行了广泛而深刻的技术合作，并从而产生了技术成果扩增式的效应。自2005年10月起，全国特别是中科院系统内就有十余家科研单位的专家来我单位进行了多项实验研究及设备实地考察，特别是与农业部可再生能源重点实验室在新乡联合建立了科技部非粮纤维乙醇项目示范工程，取得了技术上与工程上的重大突破，大大加快了我国在非粮可再生能源方面的规模化生产技术。国内前100所重点大学已有32所大学订购我团队汽爆实验装备或委托汽爆实验。这为我国另外有九家企业也来我单位进行了不同程度的实验研究。这其中包括我国当前生产燃料乙醇的仅有四家企业：安徽丰原、河南天冠、吉林乙醇、黑龙江华润。这四家企业的主要技术负责人及非粮乙醇项目负责人均来到我单位，并表达了近期的批量设备订购意向。其中，规模最大的上市企业安徽丰原在购买了我单位的汽爆小试设备后，取得了非常理想的发酵效果，得到了国家发改委主任陈德明的充分肯定。

       目前该技术和利用该技术生产的汽爆机已获得13项技术专利，其中核心发明专利6项。2012年，该技术还通过了中国可再生能源学会、中国节能学会、中国农村能源行业协会3家组织的技术成果鉴定。鉴定结论认为，总体技术居国际领先水平。