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为应对能源与气候挑战，研究人员开展木糖生产工艺研究，对比膜分离（Xylose-MS）和化学沉淀（Xylose-CP）法。发现 CP 法成本低（MSP $1,183.8 / 吨）、环境优（GWP 低 68.3%），MS 法纯度高（96.7 wt%），为可持续生产提供依据。
在能源短缺与气候危机日益严峻的当下，依赖化石燃料的发展模式已难以为继，开发可再生的生物质资源成为破局关键。木糖作为一种重要的生物质衍生平台化合物，广泛存在于植物半纤维素中，可转化为糠醛等化学品，也是生产生物乙醇的潜在原料，在食品、医药和生物燃料领域具有极高应用价值。然而，当前木糖生产面临关键挑战：从半纤维素中高效提取木糖的工艺复杂，且现有研究大多聚焦低聚木糖（XOS），对木糖单体生产的技术经济分析（TEA）和生命周期评估（LCA）缺乏深入探讨，难以平衡经济竞争力与环境可持续性。在此背景下，国内研究团队开展了木糖生产工艺的创新研究，相关成果发表在《Bioresource Technology》，为木糖生产的工业化提供了重要参考。
该研究由国内研究人员主导，针对木糖单体生产过程，设计了两种基于硫酸催化木质生物质水解的工艺路线，旨在通过整合工艺设计、模拟、TEA、LCA 及不确定性分析，系统评估不同工艺的经济与环境表现，解决现有工艺在成本控制和环境影响方面的不足，推动可持续木糖生产技术的发展。
研究采用的主要关键技术方法包括：一是硫酸催化水解技术，将木质生物质（木质素、木聚糖、纤维素质量比为 3:3:4）与溴化锂和硫酸溶液混合，在 85℃下进行水解反应，使木聚糖转化为木糖，纤维素转化为葡萄糖；二是下游分离技术，分别采用膜分离（Xylose-MS）和化学沉淀（Xylose-CP）两种方法分离葡萄糖和木糖；三是技术经济分析（TEA），评估两种工艺的总资本投资（TCI）、最低售价（MSP）等经济指标；四是生命周期评估（LCA），分析全球变暖潜势（GWP）、生物碳比、碳选择性和产品收率等环境指标。
工艺设计与模拟
研究提出的木糖生产工艺包含五个步骤：首先是生物质水解，木质生物质与溴化锂和硫酸溶液在混合器中混合，经加热后进入反应器进行水解反应，实现木聚糖和纤维素的转化。通过化学反应式可知，木聚糖（C5H8O4）n与水反应生成木糖（C5H10O5），纤维素（C6H10O5）n与水反应生成葡萄糖（C6H12O6）。水解后的混合物随后进入下游分离环节，分别采用膜分离和化学沉淀技术实现木糖与葡萄糖的分离，后续还包括纯化、干燥等步骤，最终得到高纯度木糖产品。
经济分析
对两种工艺的经济性能对比表明，Xylose-CP 工艺因流程简单、设备需求少，总资本投资（TCI）仅为 1.951 亿美元，显著低于 Xylose-MS 工艺。在成本方面，Xylose-CP 的最低售价（MSP）为每吨 1,183.8 美元，而 Xylose-MS 由于采用先进膜分离技术，设备成本高企，MSP 高达每吨 3,097.3 美元。原料成本是两者的主要成本驱动因素，这提示优化原料利用效率对降低生产成本至关重要。从市场适用性来看，Xylose-CP 适合对成本敏感的普通市场，Xylose-MS 则因能产出纯度 96.7 wt% 的木糖，更适合高端市场需求。
环境评估
生命周期评估结果显示，Xylose-CP 的全球变暖潜势（GWP）为 1.57 kg CO2 eq/kg 木糖，相比 Xylose-MS 降低了 68.3%，环境表现更优。两种工艺均实现了 100% 的生物碳比，表明对生物碳的高效利用。此外，Xylose-CP 还展现出更高的碳选择性（43.1%）和产品收率（57.0%），说明其在资源利用效率上更具优势。研究将副产物和废弃物纳入 LCA 分析，全面评估了工艺的环境影响，为绿色生产提供了科学依据。
结论
本研究通过对 Xylose-CP 和 Xylose-MS 两种木糖生产工艺的综合评估，揭示了两者在经济与环境表现上的差异。Xylose-CP 在成本和环境效益上优势显著，适合大规模工业化生产；Xylose-MS 虽成本较高，但能提供高纯度木糖，满足高端市场需求。两种工艺均实现了生物碳的高效利用，符合循环经济理念。研究结果为木糖生产的工艺选择和优化提供了定量依据，有助于指导工业界开发经济上可行、环境上可持续的木糖生产技术，对推动生物质基化学品制造业向绿色化、低碳化转型具有重要意义。尽管研究基于理想经济假设和完善技术条件，但仍为后续研究提供了重要参考方向，未来可进一步结合实际生产场景，开展更深入的工艺优化和不确定性分析，以加速木糖生产技术的产业化应用。
