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据《美国世界日报》报道,加州大学河滨分校的年轻中国科学家查尔斯·蔡和他的研究团队于8月初在jacs上发表了他们的科研成果。蔡说,这是利用超级计算机模拟生物质燃料的转化过程,突破其他传统化学方法,有效地改变木质素和纤维素之间的关系,并驱动负责分解生物质的各种关键机制。这种模拟方法允许在较低的温度下转化植物物质,这超出了水解的限制。
蔡说,长期以来,科学家们一直在努力减少化石燃料,并努力通过科学方法将植物木材转化为木质纤维素生物质。但是植物细胞壁有先天的防御能力,分解起来非常困难,也非常昂贵。他的研究小组与橡树岭国家实验室和佛罗里达大学的研究小组一起进行了一项实验,模拟一个可以改变生物量的实验,以便更好地分解植物生物量,突破这些防御能力,但这个实验只能用美国指令周期最高的超级计算机来完成。
蔡,中国四川人,现任河滨大学化学环境工程学院工程师。他获得专利的新能源技术被称为第二代绿色能源技术,可以将任何植物转化为可燃的石油、酒精和煤。他已经申请了美国专利,并获得了美国能源部和农业部的资助。他的专利论文发表在英国绿色化学科学杂志上。他的专利技术是在实验室制造的。2017年初,蔡被《福布斯》杂志评选为2017年美国30岁以下能源领域30位杰出人物之一。
蔡表示,在模拟过程中,利用激光刺激植物分子水平结构,利用纳米成像技术记录极短的生物质转化为燃料的过程,证明这一技术可以应用于整个植物细胞,而不是专注于其他方法的较小成分。研究小组三年前开始与橡树岭国家实验室合作,首次使用超级计算机模拟生物质燃料的转化过程,证明了利用农林废弃物制造燃料油、酒精等化学物质是普遍可行的。
【/h/】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,防止化学和生物攻击。木质素在防止酶消化纤维素方面特别有效。虽然一些科学家已经使用化学物质和预处理方法来改善酶与纤维素的关系,但它们在去除木质素方面没有效果,如强酸、离子迁移、氨和亚硫酸盐处理,提高了纤维素的消化率,但使木质素难以回收。也有使用助溶剂如乙醇和丙酮溶剂化物来除去木质素,但是由于需要非常高的反应温度,剩余的糖也被降解。
蔡说,他们的方法采用了一个新的方向,使用高度专业化的助溶剂,将其添加到主溶剂中以产生更有效的物质,促进更温和的温度剂和木质素从植物细胞壁中释放出来,也称为木质素优先法来分解生物质。结果,木质素几乎被完全去除,剩余的纤维素纤维更容易被酶溶解,使得添加到剩余的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,使用木质素这种高功能的共溶剂,可以帮助整个多个加工步骤,同时,可以容易地回收木质素和糖作为有价值的化学成分,使得可再生燃料的生产更容易且更具成本效益。