木质纤维素生物质催化热解可持续转化的工艺创新与经济性路径综述

本文针对木质纤维素生物质转化过程中产物选择性与经济性瓶颈，系统综述了催化热解（Catalytic Pyrolysis）技术的创新进展。研究聚焦沸石（Zeolites）、金属氧化物等催化剂设计，通过反应路径优化降低副产物生成，提升生物油（Bio-oil）品质（氧含量降低60–70%），同时探讨了流化床反应器（Fluidized Bed Reactors）等工艺集成对能耗与成本的改善，为可再生能源替代化石燃料提供了技术经济性双重解决方案。

　　

全球对化石燃料的依赖日益加剧，而木质纤维素生物质（LCB）作为地球上最丰富的可再生碳资源，其转化利用成为解决能源危机与环境问题的关键。然而，传统热解技术面临产物氧含量高（35–40 wt%）、能量密度低等瓶颈，且经济可行性受制于催化剂成本与工艺效率。为此，研究人员在《Biomass and Bioenergy》发表综述，系统探讨了催化热解技术的创新路径与经济性优化策略。

研究团队通过文献整合与案例分析，重点评估了催化剂设计（如H-ZSM-5沸石、Ni/SBA-15）、反应器优化（流化床与固定床）及工艺集成（共进料、蒸汽升级）等技术手段。结果表明：采用Si/Al比优化的H-ZSM-5可将生物油中芳烃含量提升30–40%，而Fe₂
O₃
-Al₂
O₃
复合催化剂使反应温度降低100°C至400°C，显著节约能耗。此外，印度每年5亿吨农业废弃物的资源化潜力为规模化应用提供了原料保障。

研究结果

1. 木质纤维素生物质特性：LCB由纤维素、半纤维素和木质素构成，其热稳定性差异要求针对性催化策略。
2. 催化热解机理：催化剂通过选择性脱氧（如CaO降低氧含量60–70%）和芳构化反应提升生物油品质。
3. 工艺优化：流化床反应器改善传热效率，而共进料塑料废弃物可协同提高产物收率。
4. 技术经济分析：原料成本占主导，但高选择性催化剂（如Ni基）可降低后续精炼成本。

结论与意义
该研究证实催化热解是实现LCB高值化转化的有效途径，其产物可替代化石燃料并支持联合国可持续发展目标（SDG-7、SDG-12）。未来需攻克催化剂失活、工艺放大等挑战，但通过跨学科协作与政策支持，该技术有望推动生物经济闭环体系的建立。