走向绿色未来：高效激光技术可将纤维素转化为生物燃料
科学家们开发了一种基于激光的新型方法，可将纤维素有效降解为有用的产品。这一高效激光技术可将纤维素转化为生物燃料等产品，为走向绿色未来铺平道路。
由于气候危机威胁迫在眉睫，开发高效化石燃料替代品已变得至关重要。一种选择是使用被称为生物燃料的清洁燃料源，这种燃料可以从生物质等天然资源生产。基于植物的聚合物纤维素是全球最丰富的生物质形式，可以转化为葡萄糖和木糖等原料，用于生产生物乙醇（一种生物燃料）。但是，由于该分子刚性致密结构，使其不溶于水，因此该过程具有挑战性。全球的化学家和生物技术专家已经使用诸如微波辐射、水解和超声处理等常规技术降解这种聚合物，但这些过程需要极端条件，因此是不可持续的。
为此，在《能源与燃料》杂志上发表的一项新研究中，日本的一个研究小组，包括川崎隆康博士（东京理科大学）、Heishun Zen博士（京都大学先进能源研究所）、Yasushi Hayakawa教授（日本大学量子科学研究所电子束研究与应用实验室）、Toshiaki Ohta教授（立命馆大学SR中心）和Koichi Tsukiyama教授（东京理科大学），开发了一种新型纤维素降解技术。该技术基于一种称为无红外电子激光器（IR-FEL）的激光器，其波长在3至20μm的范围内可调。这种新方法是一种很有前途的绿色技术，可以实现纤维素的零排放降解。川崎博士说：”IR-FEL的一个独特之处在于，它可以诱导分子吸收多光子，并可以改变物质的结构。到目前为止，该技术已在物理，化学和医学的基本领域中使用，但我们希望用于促进环境技术的进步。”
科学家知道IR-FEL可用于对各种生物分子进行解离反应。纤维素是由碳，氧和氢分子组成的生物聚合物，它们相互之间形成不同长度和角度的共价键。该聚合物在三个波长分别为9.1、7.2和3.5μm处具有三个红外波段，分别对应于三个不同的键：C2O拉伸模式，H2C2O弯曲模式和C2H拉伸模式。基于此，科学家通过将IR-FEL的波长调整为这三个波长来照射纤维素粉末。然后，他们使用电喷雾电离质谱和同步加速器辐射红外显微镜等技术对产品进行了分析，结果表明纤维素分子已成功分解为葡萄糖和纤维二糖（用于生产生物乙醇的前体分子）。不仅如此，他们的产品还获得高收率，使这一过程变得极为高效。川崎博士解释说：“这是世界上首次通过使用IR-FEL从纤维素中高效获取葡萄糖的方法。由于该方法不需要苛刻的反应条件，例如有害的有机溶剂，高温和高压，因此优于其他传统方法。”
除了生成生物燃料，纤维素还有多种用途–例如，作为生物相容性细胞膜、抗菌板和混合纸材料中的功能性生物材料。因此，本研究开发的新方法显示了对各个行业的希望，例如医疗保健，技术和工程。此外，川崎博士还乐观地认为，他们的方法不仅可用于处理纤维素，而且可用于处理其他木材成分，并且可以证明是一种回收森林生物质的创新方法。他总结说：“我们希望这项研究将为’无油’社会的发展做出贡献。”
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