能源和環境的和諧發展是社會進步的必然趨勢，構建清潔低碳且安全高效的能源及化工體系是新時代削弱負環境效應和能源發展的重要措施。為實現我國提出的碳中和」承諾，須通過節能減排、植樹造林及使用可再生能源等措施，減少或抵消碳排放。生物質不僅是一種重要的可再生資源，也是一種碳中性的載體。因此，創新、高效、綠色、經濟地開發生物質資源，對實現「碳中和」具有非常重要且不可替代的推動作用。
目前，生物質的利用主要借鑑石油及煤等成熟產業技術，採用熱解、氣化、發酵等技術進行能源化高效利用，多以碳原子高利用率為重要考量指標。然而，生物質與煤、石油等化石資源最大的區別在於其極高的含氧量，初始氧含量超過45%。為了實現類化石基燃料的高效製備，往往需要通過加氫脫氧技術降低其氧含量，此過程需要碳損失或氫投入，從而導致目標產物的產率過低和投入成本增加，使得生物質基燃料的競爭力不強。從化學勢能角度，傳統煤和石油基產品的化學裂解技術是將有序化大分子裂解為小分子的熵增化學熱力學過程，從而損失了部分化學勢。
長期以來，生物質資源的高含氧量被認為是生物質能源化利用的缺點。克服這樣的缺點，關鍵在於如何利用氧原子。重新審視「氧原子」的地位，把「脫氧」換為「用氧」，充分地利用氧原子實現高值產品定向合成，可以大大提高生物質利用過程的原子經濟性和系統技術經濟性。
從元素和化學結構的角度來看，生物質中的氧主要分為可用氧和不可用氧，其中可用氧對於製備高值化學品至關重要。此外，一些高值含氧化學品的定向製備過程也可投入外部氧，如氣氛氧（氧氣、空氣等）和化學結構氧（活性含氧官能團）。生物質中氧賦存形態呈現出的多樣化，導致了生物質基高值含氧產品的多樣化。這就決定了產品需要以化學品、燃料及材料的多聯產形式呈現。而這樣的產品組合形式，對於提高技術路線經濟性及抵禦市場變化風險都大有裨益。此外，考慮到生物質原始化學結構的複雜性，需要生物質大分子的定向轉化或藉助平臺化合物進行分子結構重構，可實現局部熱力學熵增最小化或熵減的化學勢高效利用過程。
在「碳中和」大背景下，提出高效利用生物質可用氧的策略，耦合具有化學熱力學優勢的工藝路徑，可實現較高的原子經濟性和系統技術經濟性，是生物質創新且高效利用的新視角、新思路。生物質轉化為能源產品可以實現零排放，而生物質轉化為化學品和材料則為負排放。因此，「十四五」期間，充分有效利用生物質中的氧實現燃料、化學品及材料聯產，一定可以在實施「碳中和」戰略目標中發揮出重要且不可替代的作用。
（作者系中國科學院廣州能源研究所所長）
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