[科普中国]-木质素，制燃料乙醇的“拦路虎”！

我们都知道，随着煤、天然气、石油等传统能源的日益枯竭，全球气候变暖等因素使得可再生清洁能源走进了大众视野。

能源图标（图片来源：百度图片）

木质纤维是世界现存的最丰富的一类可再生生物质原材料，在这种背景下利用木质纤维其中的纤维素来生产和制备乙醇也成为了最近的研究热点！

（图片来源：百度图片）

生物质&生物质能

从广义上讲，生物质是地球上存在最广泛的物质，包括动物、植物和微生物，以及这些生命体排泄和代谢的所有有机物质。

我国通常认为生物质是指由光合作用而产生的有机物，既有植物类，如树木及其加工的剩余物、农作物及其剩余物(秸秆类物质)，也有非植物类，如畜牧场的污物(牲畜粪便及污水)、废水中的有机成分及垃圾中的有机成分等。

然而！But！生物质能又是何物？

（图片来源：百度图片）

简单地说，生物质能就是太阳能经过一系列的反应进到了生物质中，在生物质中太阳能转化成了化学能，这些化学能再经过加工成为我们日常生活中所用到的能源。

我们都知道化石能源会对大气造成污染是因为其中含有大量的S、N等元素。而生物质中S、N含量低，而且可以储存和运输，与太阳能、风能、水能、潮汐能等其它可再生资源相比，生物质资源是唯一可以储存与运输的能源哦！

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地球上的生物质资源十分丰富，据估计，地球上现在只有35%生物质在被人类利用，大部分生物质资源尚未被人类开发利用，只是任其在生长环境中自生自灭。

如果地球上的生物质资源能得到有效利用，人类就拥有了一个取之不尽、用之不竭的资源宝库！！！

（图片来源：百度图片）

在生物质中，木质纤维原料是世界现存最丰富的一类可再生生物质原料。由木质纤维原料生产出的生物燃料乙醇，一方面可以来替代部分汽油作为燃料，另一方面也是优良的油品质量改良试剂。较于汽油来说，生物燃料乙醇利用效率很高，能够实现节能环保目的，对生态环境有很大的益处。

木质纤维原料其实就在我们身边随处可见的地方！例如：秸秆、牧草、木屑、垃圾及农作物壳皮等。

那么木质纤维原料里能转化成生物燃料乙醇的是什么？它长得是什么样子？又是通过什么样的方式转化成我们见到的燃料乙醇呢？

木质纤维（图片来源：百度图片）

木质纤维生物质是自然界中最为丰富的生物质资源，能量来自于太阳，由植物通过光合作用固定贮存于植物细胞壁，主要有机成分为纤维素（含量40%～50%）、半纤维素（含量25%～35%）和木质素（含量15%～25%），此外还有少量的单宁、果胶、树脂、脂肪、蜡、配糖物及不可皂化物等。

秸秆中木质纤维结构（图片来源：百度图片）

木质纤维原料要经过三个主要步骤，首先要通过预处理将组分分开，接下来分开后组分中的纤维素经酶解处理释放出的葡萄糖，最后葡萄糖进入乙醇发酵途径生产乙醇。

木质素预处理（图片来源：百度图片）

木质纤维原料中的纤维素是进行后续反应的主要物质。但是木质纤维素生物质具有复杂的结构形态，其使反应过程有所阻碍，它是“纤维素-半纤维素-木质素”结构，纤维素的分子有序排列、成束聚集，由此形成了细胞壁的基本构架。

半纤维素、纤维素及木质素三种主要物质紧紧缠绕在一起，所以我们需通过预处理将这种复杂的结构破坏，以便进行下一步反应。

预处理包括物理处理、化学处理和生物处理三个主要方面。物理处理包括机械粉碎、高能辐射、超声波处理、微波处理技术等；化学方面则是采用酸、碱、无机盐、有机溶剂等化学物质对木质纤维生物质原料做处理。

木质纤维生物质原料经过预处理之后就来到了第二个关键阶段：纤维素酶解生产糖。就是采用从微生物中提取出来的纤维素酶与原料中的纤维素反应，这个反应会将纤维素变成进入下一步乙醇发酵反应的糖。

但是在纤维素酶解成糖的这个过程中还有一个“拦路虎”，它就是木质素。大量的研究表明，木质素的存在会把纤维素酶解过程中的纤维素酶“抢走”，酶具有专一性，一种酶只对一种或一类别物质起作用，所以木质素是不能和纤维素酶进行反应的，但是木质素会把纤维素酶抢到一边减少纤维素酶和纤维素的接触。

“木质素”这个拦路虎令众多研究学者感到头疼，因为其对纤维素酶的作用有多个角度，不同的试验环境也会造成不同的影响程度，目前这方面的专家学者们也在积极的探究“木质素”的具体影响机制，以期待早日得到有效地处理方法。

酶的专一性（图片来源：百度图片）

木质纤维原料历尽坎坷地走到了第三个阶段，就是通过第二阶段酶解反应所产生的糖进行乙醇发酵，这样就会产生我们之后见到的生物燃料乙醇啦！

图片来源：diyitui.com

目前，我国已有11个省区试点推广乙醇汽油，6个省份全省推广乙醇汽油的使用，另有5个省份在部分城市推广，乙醇汽油消费量已占同期全国汽油消费总量的1/5。清洁环保又具有巨大的原料来源的生物燃料乙醇可是现如今好多地区的掌中宝啦！

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