[科普中國]-木質(zhì)素，制燃料乙醇的“攔路虎”！

我們都知道，隨著煤、天然氣、石油等傳統(tǒng)能源的日益枯竭，全球氣候變暖等因素使得可再生清潔能源走進了大眾視野。

能源圖標（圖片來源：百度圖片）

木質(zhì)纖維是世界現(xiàn)存的最豐富的一類可再生生物質(zhì)原材料，在這種背景下利用木質(zhì)纖維其中的纖維素來生產(chǎn)和制備乙醇也成為了最近的研究熱點！

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生物質(zhì)&生物質(zhì)能

從廣義上講，生物質(zhì)是地球上存在最廣泛的物質(zhì)，包括動物、植物和微生物，以及這些生命體排泄和代謝的所有有機物質(zhì)。

我國通常認為生物質(zhì)是指由光合作用而產(chǎn)生的有機物，既有植物類，如樹木及其加工的剩余物、農(nóng)作物及其剩余物(秸稈類物質(zhì))，也有非植物類，如畜牧場的污物(牲畜糞便及污水)、廢水中的有機成分及垃圾中的有機成分等。

然而！But！生物質(zhì)能又是何物？

（圖片來源：百度圖片）

簡單地說，生物質(zhì)能就是太陽能經(jīng)過一系列的反應(yīng)進到了生物質(zhì)中，在生物質(zhì)中太陽能轉(zhuǎn)化成了化學(xué)能，這些化學(xué)能再經(jīng)過加工成為我們?nèi)粘Ｉ钪兴玫降哪茉础?/p>

我們都知道化石能源會對大氣造成污染是因為其中含有大量的S、N等元素。而生物質(zhì)中S、N含量低，而且可以儲存和運輸，與太陽能、風(fēng)能、水能、潮汐能等其它可再生資源相比，生物質(zhì)資源是唯一可以儲存與運輸?shù)哪茉磁叮?/p>

（圖片來源：百度圖片）

地球上的生物質(zhì)資源十分豐富，據(jù)估計，地球上現(xiàn)在只有35%生物質(zhì)在被人類利用，大部分生物質(zhì)資源尚未被人類開發(fā)利用，只是任其在生長環(huán)境中自生自滅。

如果地球上的生物質(zhì)資源能得到有效利用，人類就擁有了一個取之不盡、用之不竭的資源寶庫?。?！

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在生物質(zhì)中，木質(zhì)纖維原料是世界現(xiàn)存最豐富的一類可再生生物質(zhì)原料。由木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)出的生物燃料乙醇，一方面可以來替代部分汽油作為燃料，另一方面也是優(yōu)良的油品質(zhì)量改良試劑。較于汽油來說，生物燃料乙醇利用效率很高，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能環(huán)保目的，對生態(tài)環(huán)境有很大的益處。

木質(zhì)纖維原料其實就在我們身邊隨處可見的地方！例如：秸稈、牧草、木屑、垃圾及農(nóng)作物殼皮等。

那么木質(zhì)纖維原料里能轉(zhuǎn)化成生物燃料乙醇的是什么？它長得是什么樣子？又是通過什么樣的方式轉(zhuǎn)化成我們見到的燃料乙醇呢？

木質(zhì)纖維（圖片來源：百度圖片）

木質(zhì)纖維生物質(zhì)是自然界中最為豐富的生物質(zhì)資源，能量來自于太陽，由植物通過光合作用固定貯存于植物細胞壁，主要有機成分為纖維素（含量40%～50%）、半纖維素（含量25%～35%）和木質(zhì)素（含量15%～25%），此外還有少量的單寧、果膠、樹脂、脂肪、蠟、配糖物及不可皂化物等。

秸稈中木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)（圖片來源：百度圖片）

木質(zhì)纖維原料要經(jīng)過三個主要步驟，首先要通過預(yù)處理將組分分開，接下來分開后組分中的纖維素經(jīng)酶解處理釋放出的葡萄糖，最后葡萄糖進入乙醇發(fā)酵途徑生產(chǎn)乙醇。

木質(zhì)素預(yù)處理（圖片來源：百度圖片）

木質(zhì)纖維原料中的纖維素是進行后續(xù)反應(yīng)的主要物質(zhì)。但是木質(zhì)纖維素生物質(zhì)具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形態(tài)，其使反應(yīng)過程有所阻礙，它是“纖維素-半纖維素-木質(zhì)素”結(jié)構(gòu)，纖維素的分子有序排列、成束聚集，由此形成了細胞壁的基本構(gòu)架。

半纖維素、纖維素及木質(zhì)素三種主要物質(zhì)緊緊纏繞在一起，所以我們需通過預(yù)處理將這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)破壞，以便進行下一步反應(yīng)。

預(yù)處理包括物理處理、化學(xué)處理和生物處理三個主要方面。物理處理包括機械粉碎、高能輻射、超聲波處理、微波處理技術(shù)等；化學(xué)方面則是采用酸、堿、無機鹽、有機溶劑等化學(xué)物質(zhì)對木質(zhì)纖維生物質(zhì)原料做處理。

木質(zhì)纖維生物質(zhì)原料經(jīng)過預(yù)處理之后就來到了第二個關(guān)鍵階段：纖維素酶解生產(chǎn)糖。就是采用從微生物中提取出來的纖維素酶與原料中的纖維素反應(yīng)，這個反應(yīng)會將纖維素變成進入下一步乙醇發(fā)酵反應(yīng)的糖。

但是在纖維素酶解成糖的這個過程中還有一個“攔路虎”，它就是木質(zhì)素。大量的研究表明，木質(zhì)素的存在會把纖維素酶解過程中的纖維素酶“搶走”，酶具有專一性，一種酶只對一種或一類別物質(zhì)起作用，所以木質(zhì)素是不能和纖維素酶進行反應(yīng)的，但是木質(zhì)素會把纖維素酶搶到一邊減少纖維素酶和纖維素的接觸。

“木質(zhì)素”這個攔路虎令眾多研究學(xué)者感到頭疼，因為其對纖維素酶的作用有多個角度，不同的試驗環(huán)境也會造成不同的影響程度，目前這方面的專家學(xué)者們也在積極的探究“木質(zhì)素”的具體影響機制，以期待早日得到有效地處理方法。

酶的專一性（圖片來源：百度圖片）

木質(zhì)纖維原料歷盡坎坷地走到了第三個階段，就是通過第二階段酶解反應(yīng)所產(chǎn)生的糖進行乙醇發(fā)酵，這樣就會產(chǎn)生我們之后見到的生物燃料乙醇啦！

圖片來源：diyitui.com

目前，我國已有11個省區(qū)試點推廣乙醇汽油，6個省份全省推廣乙醇汽油的使用，另有5個省份在部分城市推廣，乙醇汽油消費量已占同期全國汽油消費總量的1/5。清潔環(huán)保又具有巨大的原料來源的生物燃料乙醇可是現(xiàn)如今好多地區(qū)的掌中寶啦！

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