一个催化剂，两种燃料 让第二代生物质变高品质燃油

　　生活中我们需要大量的能源。随着化石能源的逐渐枯竭，急切需要寻找替代的能源。氢气是理想的清洁能源，其能量密度大，燃烧产物只有水，不会污染环境和加速温室效应。

　　目前工业上大量使用的氢气主要从化石资源来，并产生大量的CO2；电催化产氢的效率较高，但电能这种二次能源主要还是来源于************的一次能源。利用太阳能分解水制氢是最理想的方式，但目前受限于较慢的水氧化半反应。

　　相比之下，利用生物质制氢是一种替代光分解水制氢的途径。生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。而二代生物质则主要包含秸秆、玉米芯、废叶和城市生活垃圾等。

　　光催化生物质制氢就是利用太阳能催化分解生物质制氢或者催化生物质还原水制氢。因为生物质容易被氧化，因而有望获得非常高的太阳能利用率。目前的研究虽然利用生物质产生了氢气，但从生物质中提取氢气后，剩余的部分通常无法利用，导致这些生物质制氢过程不经济，而且污染环境。

　　因此，科研人员一直在考虑，是否可以发展一种既生产氢气，又能够将生物质转化为有用的化学品或者燃料的技术？

　　中国科学院大连化学物理研究所和洁净能源国家实验室（筹）王峰研究员团队，就在该领域进行了长期探索。近期，该团队开发了一种利用光能来驱动生物质的两种下游产品转化（甲基呋喃和二甲基呋喃，来源于纤维素和半纤维素）可以同时生产氢气和原柴油的过程。

　　生物质加工处理得到二甲基呋喃和甲基呋喃这一路线已经比较完善了。所以科研人员就从这两种下游产品出发，利用光催化剂将两个或三个原料分子连接起来，同时得到了氢气和液体混合物。将未反应的原料通过简单的蒸馏分离出来，就得到了原柴油。脱除该原柴油中的氧就可以得到高品质的柴油。该方法“一箭双雕”，即一个催化剂两种燃料。

　　因为生物质分子单元碳链较短，需要2~3个单元连接起来才能形成柴油。这个过程就好比拳击手比赛一样，两个生物质分子只能碰撞（拳击手比赛），而把手套脱掉才能手拉手握手言和。而这“手套”就是氢。所以需要先拿掉甲基呋喃和二甲基呋喃的一个氢，产生的活性中间物种就可以连接起来，最终得到柴油。

　　不同于传统的热催化反应，采用光催化可以克服反应能量上的问题，使反应在常温常压下即可进行，同时得到氢气和原柴油。也就是“一个催化剂两种燃料”。柴油一般有至少上千种组分，而科研人员制备的柴油至少有几十种组分，而之前的方法一般只有1到2种组分，因而更接近于目前我们使用的柴油。这个过程最大的难题是柴油组分的分析，以及证明科研人员得到的“混合物”的确可以做成高品质柴油。

　　实验中制备的柴油更加接近目前广泛使用的石油来源的柴油，这意味着所制备的柴油有可能单独使用，或者以更高比例添加到现有柴油中。还有一种可能是与其它方式制备的生物柴油以合适比例混合，使柴油的性质与现有柴油更接近而可以直接使用。

　　不过，目前这种技术还局限于实验室中，还有很多的问题需要科研人员进一步突破，比如：催化剂的稳定性还不够好、太阳能利用率不够高，此外使用硫化物催化剂可能导致原柴油含硫，使原柴油加工到高品质柴油的催化剂失活或柴油硫含量偏高等等。因此，科研人员正在努力开发更高效的不含硫催化剂，来提高催化剂的稳定性和太阳能利用率。

　　相信通过科研人员的努力，可以让第二代生物质，包括秸秆、玉米芯、废叶和城市生活垃圾（包括“湿垃圾”）等废弃物变高品质燃油。