將生物質轉化為生化物質和綠色氫的一種更有利可圖且環保的方法

許多人夢想著能夠像傳說中的Rumpelstiltskin一樣將稻草變成金子。盡管從字面上看這不可能，但科學家正在利用陽光將稻草變成更有價值的東西。借助于薩斯喀徹溫大學加拿大光源(CLS)的技術，加拿大研究人員已經取得了重要進展，利用太陽的力量將小麥秸稈等生物質轉化為氫燃料和增值的生物化學物質。這種方法更高效，環保且有利可圖。

卡爾加里大學(UCalgary)助理教授胡金光博士說，利用生物質或植物材料生產能源已經進行了超過40年的研究。兩個最常見的過程是熱化學過程和生物過程，但是它們仍然需要大量碳，并且在經濟上不可行。

Hu博士和UCalgary助理教授Md Golam Kibria博士一直將他們最近的研究重點放在常用石油精煉廠的替代方法上。他們的新型環保方法稱為光生物精煉廠，利用太陽能分解生物質(在這種情況下為小麥秸稈)來制造綠色氫和高價值的生物化學物質。加拿大第一研究卓越基金會(CFREF)一直在支持這項研究，其最新發現由美國化學學會發表。

有效的生物質光精煉方法的關鍵方面之一是麥秸的預處理。胡解釋說，植物細胞壁是由復雜且高度組織化的纖維素結構制成的，纖維素結構是生物質的主要組成部分。生物質的預處理會破壞這些結構，并使更多的材料暴露于陽光驅動的過程中。Kibria補充說，目標是確定一種不需要不可再生資源的預處理，從而“節省大量碳和成本”。

研究人員使用CLS的硬X射線微分析束線，比較了原麥稈和以多種方式預處理的麥稈在光煉廠中的反應。他們的發現表明，磷酸預處理可產生最高量的綠色氫和乳酸，通常用于生物塑料以及食品，化學和醫療行業。

Kibria說：“ CLS設施使我們能夠觀察到小麥秸稈光精制開始，過程中和之后的穩定性。而且，我們可以實時看到這一點，這是一個很大的優勢。”

另一個關鍵因素是尋找一種廉價，易于獲得的催化劑來驅動光煉廠。研究發現，使用由碳和氮制成的低成本光催化劑可達到最佳效果，該催化劑專為可見光驅動的纖維素光重整而設計。

胡說：“由于所有生物質具有相似的化學組成，因此我們顯示出可以定制預處理和催化劑來使任何可再生有機材料均值。” 這一發現為將秸稈和其他植物材料轉化為增值的綠色氫和生物化學物質提供了機會。

基布里亞說，這項研究的下一步將是“調整催化劑以捕獲更多的可見光譜”，然后擴大光煉廠的規模，以期最終實現商業化。

他說：“由于生物質能從大氣中捕獲二氧化碳，因此我們可以利用這一過程來保護環境，并生產出經濟上可行的綠色氫和化學物質。”