2022年6月24日，《自然·通讯》（Nature Communications）上刊登了清华大学能源与动力工程系资源环境课题组于士杰等人关于生物质水热转化的研究工作，论文的题目为《解耦温度压力由纤维素水热合成亚微米碳球》（Decoupled temperature and pressure hydrothermal synthesis of carbon sub-micron spheres from cellulose）。该研究通过解耦水热反应中的温度和压力，实现了纤维素的低温快速转化，并深入探究了纤维素的水热转化机理，拓宽了生物质水热转化领域的认知边界。
木质纤维素生物质，如木材、草和农业废弃物，由纤维素、半纤维素和木质素组成，是一种可再生的碳中性资源。纤维素作为木质纤维素生物质的主要成分，是自然界中最丰富的可持续碳源，同时也是纸和棉基纺织品的主要成分。因此，纤维素的高附加值利用有望有助于缓解能源危机和全球变暖，助力我国“双碳”目标的实现。
图1 负碳排放的纤维素生成亚微米碳球示意图
在本研究中，针对传统水热反应温度压力耦合的问题，于士杰等人设计并开发了一套温度压力解耦的水热反应系统，发现恒定高压对于纤维素转化具有显著的促进作用，并基于此设计了纤维素的低温快速转化路线。在温度压力解耦的路线下，纤维素可以在约117℃时降解，低于传统路线近100℃。在该路线下，纤维素衍生的亚微米碳球的生产不需要任何等温时间，与需要几个小时的传统工艺相比，也要快得多。生命周期评估表明，与传统方法相比，该方法显示出更高的能源效率，能够有效减少温室气体排放。该研究有望为具有负碳效应的生物质的高附加值利用和碳材料的可持续生产提供新的可能性。
2018级直博生于士杰为该论文第一作者，张衍国教授、周会助理教授和西湖大学王蕾助理教授为通讯作者。论文合作者还包括西湖大学科研助理董昕玥，清华大学能动系2018级本科生赵鹏，埃因霍芬理工大学的骆治成博士（现为东南大学副教授），北京林业大学的孙卓华教授，清华大学能动系科研助理杨潇潇以及李清海副研究员。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-31352-x
（供稿：于士杰，审核：李宇红）
