生物質製備高品質燃料

利用秸稈類生物質製備燃料乙醇一直是秸秆究前世界各國努力的方向。利用玉米、类生蔗渣和木薯等富含澱粉的物质材料製備乙醇已經實現大規模工業化，在許多國家得到了推廣應用，资源然而真正意義上的化技纖維素乙醇，即以木質纖維素類生物質為原料製備乙醇仍然麵臨著效率偏低和成本偏高的术研問題，需要進一步研發廉價高效的沿和預處理方法並降低纖維素酶的成本。目前，发展世界上有24個在運行的趋势纖維素乙醇生產廠，主要分布在美國和歐盟，秸秆究前美國纖維素乙醇的类生最低可銷售價格已經降低到了0.57美元/升，預計到2022年生產量將會超過第一代生物乙醇達到600億升/年。物质

得益於國家的资源大力支持，我國的化技沼氣產業迅速發展，但是术研沼氣產業的經濟效益仍然較低，需要依賴財政補貼。截至2015年，大型沼氣設施的產量僅占沼氣總產量的26.3%、小型設施的運行率偏低（60%）、秸稈類生物質製備沼氣的收益仍然很低，沼氣發電率（2.53%）也遠低於德國等技術成熟國家（98.5%）。

利用生物質作為產氫的原料也是實現生物質資源化的有效途徑。在KOH溶液中，CdS/CdOx量子點光催化劑能夠在可見光作用下直接催化未經過預處理的生物質分解產氫（見圖4），但目前產氫效率仍然很低。Zhang等構建了將生物質經由甲酸轉化為氫氣的新策略。第一步轉化采用含有少量二甲基亞碸（DMSO，體積分數為1%）的稀硫酸溶液（0.7wt%）和NaVO3在高壓氧氣（3MPa）氛圍將生物質轉化為甲酸。第二步轉化利用均相銥催化劑將甲酸分解為氫氣。利用該策略轉化小麥秸稈時，氫氣的產率高達95%。

為了解決多步轉化效率低和成本高的問題，國內外也開始嚐試直接以纖維素和生物質為原料進行一鍋法轉化製備烴類燃料。聯合使用Ir-ReOx/SiO2和HZSM-5作為催化劑時，纖維素經由山梨醇轉化為液態烷烴（見圖5）。在水/正癸烷二相體係中，雜多酸H4SiW12O40分散在水相中可以將纖維素轉化為HMF等中間產物，而htTSA(2)Ru/C（H4SiW12O40水熱處理的Ru/C）分散在正癸烷中將中間產物加氫脫氧轉化為液態烷烴。Xia等采用多功能催化劑Pt/NbOPO4在正己烷體係中直接將木質纖維素類生物質催化轉化為液態烷烴和烷基環己烷，采用Ru-RuO2/C作為催化劑在水相中可以將生物質通過一鍋法轉化為多元醇和烷基環己烷的混合物。此外，Liu等采用Ni-N-C單原子和鎢酸作為催化劑，將纖維素加氫脫氧轉化為乙二醇和丙酮醇。

開發可再生的秸稈類生物質資源對解決固體廢物的汙染問題和實現可持續發展具有重要意義。然而，現有的生物質利用方式麵臨產品價值較低、應用範圍有限和易造成二次汙染的問題，極大地製約了生物質資源的充分利用。本文在總結國內外秸稈類生物質利用現狀的基礎上，係統梳理了利用生物質生產高價值化學品、高品質液態燃料、氫氣和新型材料的最新研究進展，提出要發展基於循環農業的秸稈綜合利用模式、完善秸稈禁燒製度並加快研發秸稈資源化新技術。研究結果可為我國生物質資源化技術的進一步發展和大規模產業應用提供理論支撐。

石油等化石燃料的大量消耗引發了一係列的生態環境問題，資源短缺、能源危機和環境汙染已經成為威脅人類發展的世界性難題。開發以秸稈類生物質為代表的可再生資源製備高價值的液態燃料、精細化學品和新型材料，替代當前廣泛應用的石化產品，是實現可持續發展的有效途徑。生物質兼具資源和固體廢物的雙重屬性，秸稈類生物質的焚燒也是造成我國大氣汙染問題的關鍵因素之一。因此，實現秸稈類生物質的資源化也是治理環境汙染的應有之義。

為了實現生物質資源化，國內外學者針對生物質的組成和結構特點，初步建立了通過生物煉製獲得高價值產品的技術體係，相關產品已經在許多重要領域展現出應用前景，體現出生物煉製替代石油煉製的潛力。近年來，隨著國家投入的持續加大，我國的生物質資源化技術取得了一係列重要進展。因此，梳理國內外生物質的利用現狀、生物質資源化技術研究前沿和發展趨勢，明確當前麵臨的挑戰，對進一步加快生物質資源化的基礎研究和產業應用、推進生態文明和美麗中國建設具有重要意義。

生物質製備新型材料

Zhu等將木材中的木質素去除，向木材的微孔結構中引入環氧樹脂，製得透光率高達90%、強度比天然木材高4～6倍的透明複合材料，這類材料有潛力在一些領域替代玻璃。Song等利用NaOH和Na2SO3溶液去除天然木材中的木質素和半纖維素，然後通過熱壓實現纖維素納米纖維的完全致密化，從而獲得高性能結構材料，這種材料具有比大多數結構金屬和合金更高的比強度，有望作為低成本、高性能和輕量級的金屬替代品。然而，針對這些材料的研究仍處於基礎階段，還需要係統的研究來提升性能、降低成本並增加應用途徑。

利用生物質可以製備乳酸和2,5-呋喃二甲酸（FDCA）等聚合物單體。利用生物質製備FDCA需要先製取HMF，再將HMF選擇性地氧化為FDCA。利用FDCA與乙二醇聚合成的新型聚呋喃二甲酸乙二醇酯（PEF）塑料，性能明顯優於目前大量應用的聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料。采用乳酸作為單體製備的聚乳酸（PLA）是一類可生物降解材料，已經被證明有潛力取代塑料應用在一次性餐具、服裝和醫療衛生等領域。然而，目前的乳酸仍然是以澱粉類生物質為原材料製備的，仍然存在著成本過高的問題，利用木質纖維素類生物質製備乳酸仍然麵臨較大的挑戰。

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