許多人夢(mèng)想著能夠像傳說(shuō)中的Rumpelstiltskin一樣將稻草變成金子。盡管從字面上看這不可能，但科學(xué)家正在利用陽(yáng)光將稻草變成更有價(jià)值的東西。借助于薩斯喀徹溫大學(xué)加拿大光源(CLS)的技術(shù)，加拿大研究人員已經(jīng)取得了重要進(jìn)展，利用太陽(yáng)的力量將小麥秸稈等生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氫燃料和增值的生物化學(xué)物質(zhì)。這種方法更高效，環(huán)保且有利可圖。

卡爾加里大學(xué)(UCalgary)助理教授胡金光博士說(shuō)，利用生物質(zhì)或植物材料生產(chǎn)能源已經(jīng)進(jìn)行了超過(guò)40年的研究。兩個(gè)最常見(jiàn)的過(guò)程是熱化學(xué)過(guò)程和生物過(guò)程，但是它們?nèi)匀恍枰罅刻?，并且在?jīng)濟(jì)上不可行。

Hu博士和UCalgary助理教授Md Golam Kibria博士一直將他們最近的研究重點(diǎn)放在常用石油精煉廠的替代方法上。他們的新型環(huán)保方法稱為光生物精煉廠，利用太陽(yáng)能分解生物質(zhì)(在這種情況下為小麥秸稈)來(lái)制造綠色氫和高價(jià)值的生物化學(xué)物質(zhì)。加拿大第一研究卓越基金會(huì)(CFREF)一直在支持這項(xiàng)研究，其最新發(fā)現(xiàn)由美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)發(fā)表。

有效的生物質(zhì)光精煉方法的關(guān)鍵方面之一是麥秸的預(yù)處理。胡解釋說(shuō)，植物細(xì)胞壁是由復(fù)雜且高度組織化的纖維素結(jié)構(gòu)制成的，纖維素結(jié)構(gòu)是生物質(zhì)的主要組成部分。生物質(zhì)的預(yù)處理會(huì)破壞這些結(jié)構(gòu)，并使更多的材料暴露于陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)的過(guò)程中。Kibria補(bǔ)充說(shuō)，目標(biāo)是確定一種不需要不可再生資源的預(yù)處理，從而“節(jié)省大量碳和成本”。

研究人員使用CLS的硬X射線微分析束線，比較了原麥稈和以多種方式預(yù)處理的麥稈在光煉廠中的反應(yīng)。他們的發(fā)現(xiàn)表明，磷酸預(yù)處理可產(chǎn)生最高量的綠色氫和乳酸，通常用于生物塑料以及食品，化學(xué)和醫(yī)療行業(yè)。

Kibria說(shuō)：“ CLS設(shè)施使我們能夠觀察到小麥秸稈光精制開(kāi)始，過(guò)程中和之后的穩(wěn)定性。而且，我們可以實(shí)時(shí)看到這一點(diǎn)，這是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。”

另一個(gè)關(guān)鍵因素是尋找一種廉價(jià)，易于獲得的催化劑來(lái)驅(qū)動(dòng)光煉廠。研究發(fā)現(xiàn)，使用由碳和氮制成的低成本光催化劑可達(dá)到最佳效果，該催化劑專為可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)的纖維素光重整而設(shè)計(jì)。

胡說(shuō)：“由于所有生物質(zhì)具有相似的化學(xué)組成，因此我們顯示出可以定制預(yù)處理和催化劑來(lái)使任何可再生有機(jī)材料均值。” 這一發(fā)現(xiàn)為將秸稈和其他植物材料轉(zhuǎn)化為增值的綠色氫和生物化學(xué)物質(zhì)提供了機(jī)會(huì)。

基布里亞說(shuō)，這項(xiàng)研究的下一步將是“調(diào)整催化劑以捕獲更多的可見(jiàn)光譜”，然后擴(kuò)大光煉廠的規(guī)模，以期最終實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

他說(shuō)：“由于生物質(zhì)能從大氣中捕獲二氧化碳，因此我們可以利用這一過(guò)程來(lái)保護(hù)環(huán)境，并生產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)上可行的綠色氫和化學(xué)物質(zhì)。”