Science: 木头到化学品的华丽转身

人类社会的发展跟化石能源的开发与利用密切相关。然而这种非可再生能源总有消耗完的一天，寻找传统化石能源的替代品已迫在眉睫。木质纤维素（也就是我们通常见到的草本，木本植物）作为一种不可食用的含碳可再生能源被认为是化石燃料的最佳替代品。木质纤维素通常包括木质素、纤维素和半纤维素三部分。纤维素和半纤维素结构较为简单，可以通过化学或生物方法转化为乙醇、丙酮和乙酰丙酸等小分子化合物或转化成汽油、柴油以及航空燃油等高值燃料。木质素由于复杂的3D结构和缺少有效的降解与使用方法长久以来一直没能得到充分利用，通常只被当做固体燃料直接燃烧，其价值远远被低估。近年来，随着世界范围内对可持续发展的日益关注和生物质化工的兴起，木质纤维素的完全利用特别是木质素的高效催化转化引起了科学家们的广泛关注。

2015年比利时鲁文大学的Bert F. Sels研究团队开发出“木质素优先降解”的木质素纤维素的全新转化策略（Energy Environ. Sci. 2015, 8, 1748–1763），成功解决了木质素选择性高效降解的问题。近日，利用这一先进的转化策略，他们又提出了木质纤维素完全转化与综合利用的新策略（Science. 2020, 367, 1385-1390）。

如上图所示，这一策略首先利用木质素的原位降解反应，得到富含木质素单体的木质素油和未反应的碳水化合物的固体残渣。木质素油经过分离得到木质素单体和多聚体。

单体经过催化转化可以制备苯酚和丙烯而多聚体经过处理可以作为墨水，涂料等来使用。富含纤维素和半纤维素的固体组分则可以通过发酵制取生物乙醇。

这一过程，成功实现了木质纤维素多组分的分级完全利用，为将来代替化石燃料制备化学品开辟了全新的路径。

通过生命周期评价分析，作者还得出结论，利用木质纤维素为原料生产苯酚和丙烯所产生的温室气体CO2的量（0.736 Kg CO2 每千克苯酚和 0.469 Kg CO2 每千克丙烯）要明显少于传统化石燃料的生产过程（1.73 Kg CO2 每千克苯酚和 1.47 Kg CO2 每千克丙烯）。

原文：

Liao Y, Koelewijn SF, Van den Bossche G, Van Aelst J, Van den Bosch S, Renders T, Navare K, Nicolaï T, Van Aelst K, Maesen M, Matsushima H. A sustainable wood biorefinery for low–carbon footprint chemicals production. Science. 2020 Mar 20;367(6484):1385-90.

https://science.sciencemag.org/content/367/6484/1385/tab-article-info