清華新聞網(wǎng)6月29日電 近日，清華大學(xué)能源與動(dòng)力工程系張衍國(guó)教授、周會(huì)助理教授課題組2018級(jí)直博生于士杰等人在生物質(zhì)水熱轉(zhuǎn)化的研究工作上取得新進(jìn)展。他們通過(guò)解耦水熱反應(yīng)中的溫度和壓力，實(shí)現(xiàn)了纖維素的低溫快速轉(zhuǎn)化，并深入探究了纖維素的水熱轉(zhuǎn)化機(jī)理，拓寬了生物質(zhì)水熱轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的認(rèn)知邊界。

木質(zhì)纖維素生物質(zhì)，如木材、草和農(nóng)業(yè)廢棄物，由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，是一種可再生的碳中性資源。纖維素作為木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的主要成分，是自然界中最豐富的可持續(xù)碳源，同時(shí)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(jī)和全球變暖，助力我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

                                          圖1.負(fù)碳排放的纖維素生成亞微米碳球示意圖

在本研究中，針對(duì)傳統(tǒng)水熱反應(yīng)溫度壓力耦合的問(wèn)題，于士杰等人設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一套溫度壓力解耦的水熱反應(yīng)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)恒定高壓對(duì)于纖維素轉(zhuǎn)化具有顯著的促進(jìn)作用，并基于此設(shè)計(jì)了纖維素的低溫快速轉(zhuǎn)化路線。在溫度壓力解耦的路線下，纖維素可以在約117℃時(shí)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(chǎn)不需要任何等溫時(shí)間，與需要幾個(gè)小時(shí)的傳統(tǒng)工藝相比，也要快得多。生命周期評(píng)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(fù)碳效應(yīng)的生物質(zhì)的高附加值利用和碳材料的可持續(xù)生產(chǎn)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(dòng)力工程系2018級(jí)直博生于士杰為該論文第一作者，張衍國(guó)教授、周會(huì)助理教授和西湖大學(xué)王蕾助理教授為通訊作者。論文合作者還包括西湖大學(xué)科研助理董昕玥、清華大學(xué)能動(dòng)系2019級(jí)本科生趙鵬、埃因霍芬理工大學(xué)的駱治成博士、北京林業(yè)大學(xué)的孫卓華教授、清華大學(xué)能動(dòng)系科研助理?xiàng)顬t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(dòng)系

編輯：李華山

審核：呂婷