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清華新聞網6月29日電 近日，清華大學能源與動力工程系張衍國教授、周會助理教授課題組2018級直博生于士杰等人在生物質水熱轉化的研究工作上取得新進展。他們通過解耦水熱反應中的溫度和壓力，實現了纖維素的低溫快速轉化，并深入探究了纖維素的水熱轉化機理，拓寬了生物質水熱轉化領域的認知邊界。

木質纖維素生物質，如木材、草和農業(yè)廢棄物，由纖維素、半纖維素和木質素組成，是一種可再生的碳中性資源。纖維素作為木質纖維素生物質的主要成分，是自然界中最豐富的可持續(xù)碳源，同時也是紙和棉基紡織品的主要成分。因此，纖維素的高附加值利用有望有助于緩解能源危機和全球變暖，助力我國“雙碳”目標的實現。

                                          圖1.負碳排放的纖維素生成亞微米碳球示意圖

在本研究中，針對傳統(tǒng)水熱反應溫度壓力耦合的問題，于士杰等人設計并開發(fā)了一套溫度壓力解耦的水熱反應系統(tǒng)，發(fā)現恒定高壓對于纖維素轉化具有顯著的促進作用，并基于此設計了纖維素的低溫快速轉化路線。在溫度壓力解耦的路線下，纖維素可以在約117℃時降解，低于傳統(tǒng)路線近100℃。在該路線下，纖維素衍生的亞微米碳球的生產不需要任何等溫時間，與需要幾個小時的傳統(tǒng)工藝相比，也要快得多。生命周期評估表明，與傳統(tǒng)方法相比，該方法顯示出更高的能源效率，能夠有效減少溫室氣體排放。該研究有望為具有負碳效應的生物質的高附加值利用和碳材料的可持續(xù)生產提供新的可能性。

6月24日，《自然?通訊》（Nature Communications）期刊上刊登了該研究成果，論文的題目為“解耦溫度壓力由纖維素水熱合成亞微米碳球”（Decoupled temperature and pressure hydrothermal synthesis of carbon sub-micron spheres from cellulose）。

能源與動力工程系2018級直博生于士杰為該論文第一作者，張衍國教授、周會助理教授和西湖大學王蕾助理教授為通訊作者。論文合作者還包括西湖大學科研助理董昕玥、清華大學能動系2019級本科生趙鵬、埃因霍芬理工大學的駱治成博士、北京林業(yè)大學的孫卓華教授、清華大學能動系科研助理楊瀟瀟以及李清海副研究員。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31352-x

供稿：能動系

編輯：李華山

審核：呂婷