製造生物燃料的最佳途徑是什麼?

2020-11-30 生物谷

除了通過直接採集太陽光的方法來製造燃料，我們還有別的途徑利用太陽能嗎?先讓植物把太陽能儲存起來，然後我們再將植物變為燃料，這個主意怎麼樣?生物燃料(biofuel)，例如用穀物製得的乙醇，或者由各種種子製成的生物柴油(biodiesel)，都已經在能源市場上佔得一席之地。但是它們也威脅著糧食供應，尤其是在發展中國家，由於出口生物燃料比出售糧食給本國居民更加賺錢，這有可能加劇糧食危機。現實也讓人氣餒：要想通過生物燃料來滿足現在的原油需求，我們必須徵用巨量的耕地。

因而，將糧食轉變為能源，也許並不是最好的辦法。一個解決方案就是，利用其他並非那麼重要的生物質(biomass)來獲取能源。如果用美國每年產生的農業及木料類殘渣來製取生物燃料，足夠滿足一個第三世界國家在交通方面對汽油和柴油的需求。

將這些低等級的生物質轉化為燃料，需要打破堅硬的植物分子，例如木質素(lignin)、纖維素(cellulose)，兩者都是植物細胞壁的主要成分。化學家已經知道如何做到這些，但現在的方法成本過高，效率低下，因而從經濟上講，還不適合通過這種方法來大量生產生物燃料。

打破木質素需要面對的調整之一，就是打斷它分子結構中氧原子與苯環上碳原子的連接。美國伊利諾伊大學的約翰·哈特維格(John Hartwig)與阿列克塞·塞爾吉福(Alexey Sergeev)最近就完成了這項挑戰。他們發現，一種基於鎳元素的催化劑能夠做到這一步。哈特維格指出，即使生物質和別的燃料一樣，可以提供非化石燃料的化學原料，但化學家們依然需要從中提取出芳香族化合物(aromatic compounds，即分子結構以苯環為主題的結構)。而木質素就是生物質中潛在的最主要芳香族化合物來源。

更實際地，這些生物質的轉換將越來越多地以最結實的生物質為原料，並將它們轉化為液態燃料，這樣才能方便快捷地通過管道運輸。而液化過程將在作物收割的現場完成。

催化轉化需要原材料極度純淨，這是橫亙在化學家面前的一大難題。他們在進行經典的化學合成的時候，很少用到像木材這類非常「骯髒」的材料。「科學界還沒有就所有這些方法的使用達成一致，」哈特維格說。但有一點可以確定，現在有非常多依賴於化學方法的解決方案，尤其是那些找到了合適的催化劑的方法。哈特維格指出：「在幾乎所有大規模工業化的化學反應中，都能找到催化劑的蹤影。」（生物谷Bioon.com）

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