美国华裔科学家与研究团队发表分解木质素创新法
2019-08-12 17:28 来源:百度新闻

  中国侨网8月12日电 据美国《世界日报》报道,美国河滨加大(UC Riverside)年轻华裔科学家蔡苗子(Charles Cai )与研究团队,科学研究成果发表在8月初《美国化学会刊》(JACS)上。蔡苗子表示,这是利用超级计算器模拟生物质燃料转换过程,突破其它传统的化学方法,有效改变木质素和纤维素之间相互关系,驱动负责分解生物质的多种关键机制。这种模拟方法允许在较低温度下,转化植物物质,超越了水解的局限。

 

  蔡苗子说,长期以来科学家一直致力减少化石燃料,并努力将植被木材,采用科学方法制成木质纤维生物质。但植物细胞壁具有天生防御能力,若将它们分解非常困难,且成本不菲。他的研究团队与橡树岭国家实验室、佛罗里达大学研究小组,联合进行实验,模拟一个可以改变生物质,以便更好分解植物生物质过程,突破这些防御能力的实验,而这项实验只能以美国具有最高指令周期的超级计算器完成。

  蔡苗子祖籍中国四川,目前是河滨加大化学环境工程学院工程师,他发明的新能源专利技术,称绿色能源二代技术,可将任何植物转换成可燃油、酒精、煤炭,已申请美国专利,并获美国能源部、农业部拨款支持。有关他专利论文发表在英国Green Chemistry科学杂志。他的专利技术在实验室已经有制成品。2017年初,蔡苗子获选富比世杂志2017年美国30位30岁以下能源领域杰出人物之一。

  蔡苗子表示,前述研究在模拟过程中,采用激光刺激植物分子水平结构,并使用纳米成像技术记录生物质转换燃料极其短暂过程,证明该技术可以应用于整个植物细胞,而非专注于较小组分的其它方法。研究团队于三年前开始与橡树岭国家实验室合作,首次利用超级计算器模拟生物质燃料转换过程,证明先前他利用农业或林业废弃物制成燃油、酒精及其它化学物质具有普遍性,证明可行。

  他说,木质素是一种复合聚合物,存在于植物细胞壁中,可以作为天然防御屏障,阻止化学和生物攻击。木质素在防止酶对纤维素消化方面尤其有效。虽然先前有科学家已经使用化学品和预处理方法,改善酶对纤维素关系,但在去除木质素方面却没有效果,比如强酸、离子流动性、氨和亚硫酸SALT处理使用,改善了纤维素消化率,但却使木质素难以回收。还有利用共溶剂如乙醇、丙酮溶剂化物去除木质素,但因需要非常高反应温度,也导致剩余的糖降解。

  蔡苗子表示,他们采用的方法采用新方向,利用高度专业化共溶剂,添加到主要溶剂中使其产生更有效物质,促进更温和的温度剂化和从植物细胞壁释放的木质素,也称为“木质素优先”的方法分解生物质。结果导致几乎完全去除木质素,也是剩余纤维素纤维更容易受酶的化解,让添加到剩余富含纤维素的固体中的酶,完全水解成葡萄糖。

  实验结果表明,通过首先使用木质素,高功能的共溶剂,可以帮助整个多个加工步骤,同时也能使木质素、糖类作为有价值的化学构件轻松回收,让再生燃料生产更容易,更具成本效益。(启铬)