生物质增值转化创新：杨木双相预处理生物精炼模型助力生物燃料与可再生平台化学品生产

为解决木质纤维素生物质(LCB)利用中经济可行性与可持续性难题，研究人员开发了基于对甲苯磺酸(TsOH)/戊醇双相预处理系统的杨木生物精炼模型。该研究通过优化条件(120°C,45分钟)实现95.8%木聚糖去除率与90.7%葡聚糖回收率，获得71.3g/L乙醇和86.7%糠醛产率，木质素热解产生的生物炭对全氟辛酸(PFOA)展现优异吸附性能。该模型年处理1.4亿吨杨木可减排7530万吨CO2 ，具有173亿美元社会经济价值，为可持续工业转型提供创新方案。

　　

全球气候变化的严峻挑战正迫使人类寻找化石能源的替代方案。随着温室气体(GHG)排放量持续攀升，科学家们将目光投向了储量丰富的木质纤维素生物质(LCB)——这种来自林业和农业废弃物的可再生资源，理论上可转化为生物燃料和高值化学品。然而现实困境在于：现有LCB生物精炼技术普遍面临成本高、效率低、可持续性不足三大瓶颈，特别是难以实现纤维素、半纤维素和木质素三大组分的协同高效转化。更棘手的是，传统预处理方法往往破坏木质素天然结构，导致后续转化产物价值骤降。这些技术壁垒严重阻碍了生物质经济的商业化进程。

针对这一系列挑战，中国某研究机构团队在《Journal of Energy Chemistry》发表突破性研究成果。该研究创新性地构建了基于对甲苯磺酸(p-TsOH)/戊醇双相预处理系统的杨木全组分生物精炼模型，通过多级转化路线同步获得乙醇、糠醛、酚类化合物和功能性生物炭等高附加值产品。研究证实该模型年处理1.4亿吨杨木可减排7530万吨CO₂
，创造173亿美元社会经济价值，为生物质资源的高值化利用提供了教科书级的示范。

研究团队采用四项核心技术：1) 金属离子(AlCl₃
等)强化的双相(TsOH/戊醇)预处理系统；2) 高固含量同步糖化发酵(SSF)技术；3) 无外加酸条件下的木糖液热化学转化；4) 木质素可控热解与生物炭功能评价。样本来源于杨树木材，主要组分含量为葡聚糖45.4%、木聚糖25.1%、木质素26.4%。

【Fractionation of poplar biomass in biphasic system】
通过引入AlCl₃
的双相预处理系统(120°C,45分钟)，实现95.8%木聚糖去除率、90.2%脱木质素率和90.7%葡聚糖保留率。密度泛函理论(DFT)计算揭示金属离子通过静电作用和氢键破坏木质素-碳水化合物复合体(LCCs)的机制。

【Pretreatment evaluation and mechanisms of poplar fractionation】
AlCl₃
的添加使预处理强度降低20%，木质素磺化度提升37.5%。所得纤维素富集固体酶解效率达92.4%，较对照组提高28.6个百分点。

【Conclusions】
该生物精炼模型的核心突破在于：1) 创纪录的乙醇产量(71.3g/L)和糠醛转化率(86.7%)；2) 热解生物油含45.2%酚类化合物；3) 生物炭对PFOA吸附容量达238mg/g。生命周期评估显示，该体系碳足迹较石油基路线降低82.3%。

这项研究的深远意义体现在三个维度：技术层面，首次实现双相系统中金属离子协同效应的定量解析；产业层面，开创"预处理-生化转化-热化学转化"的集成工艺路线；环境层面，生物炭的污染物吸附功能赋予"碳中和"新内涵。特别值得注意的是，该模型通过组分全利用和试剂循环(戊醇回收率84%，TsOH回收率91.5%)，将传统生物精炼的"三废"问题转化为环境增益。正如通讯作者Fubao Sun强调的，这种"以废治废"的设计理念，为全球生物经济提供了可复制的中国方案。