网络首发||许细薇教授：生物质全组分分离及应用研究进展

创新点

概述了生物质的结构组成，探讨了目前生物质三组分分离的创新方法，并简要介绍其主要组分的先进应用。特别是对目前新型全组分分离技术的讨论，包括有机溶剂法、低共熔溶剂法与离子液体法，对各方法的分离机制、提取效率和影响因素进行了较为详细的分析。此外还对具体的案例进行了经济性分析，为后续进一步提高生物精炼的经济效益提供了参考。

通讯作者简介

许细薇教授

许细薇教授，华南农业大学博士生导师。围绕农林剩余物资源化能源化综合利用技术开展研究工作，特别是秸秆、甘蔗渣、油茶壳等高效定向转化制生物质基产品、绿色平台化合物与能源等。近年主持国家自然科学基金等各类项目10余项。在国内外重要学术期刊Applied Catalysis B-Environmental，Chemical Enginerring Journal, Energy等发表论文多篇。获国家农业农村部神农青年英才、广东省青年珠江学者等荣誉或奖励多项。

生物质全组分分离及应用研究进展

作者

刘泽荣，李凌昊，许细薇^*

单位

华南农业大学工程学院

基金项目

国家自然科学基金资助项目（52076083）

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摘要

生物质，作为自然界中最丰富的可再生资源之一，具有可再生性和环境友好等优势，是化石燃料的理想替代品。随着全球对可持续能源的需求不断增加，环境保护意识不断提高，生物质资源的开发与利用受到了广泛关注。这些资源广泛存在于农业废弃物与林业副产品中，种类繁多且化学成分复杂，主要包括纤维素、半纤维素、木质素以及多种有机酸等。为了充分发挥生物质资源的高附加值和多样化用途，高效且可持续的分离技术显得尤为重要。这些技术不仅能有效提取生物质中的目标组分，还能减少对环境的负面影响。本文概述了生物质的结构组成，探讨了创新的组分分离方法，并简要介绍了其主要组分的先进应用。特别对全组分分离技术进行了全面综述，包括有机溶剂法、低共熔溶剂法和离子液体法，详细分析了它们的分离机制、提取效率及影响因素。为满足全球对可持续可再生能源和环保材料日益增长的需求，探索新的分离机制和技术势在必行。这不仅涉及低成本高效益化学试剂的使用，还包括绿色环保的生产过程。这些举措将进一步提升生物质资源的高附加值，促进其多样化应用，推动生物质能源和材料产业的发展，为实现全球可持续发展目标做出重要贡献。

研究背景

在当今时代，能源短缺已成为全球性的重大挑战。根据2019年国际能源署（IEA）的报告，全球能源需求预计将以每年1.3%的速度增长，而对化石燃料的过度依赖导致的资源枯竭问题日益严重。在此背景下，生物质资源作为可再生能源的一种形式，其重要性日益凸显。生物质资源是指来源于植物、动物、微生物以及有机垃圾等生物体的有机物质，这些资源广泛存在于自然界中。2017年联合国环境规划署（UNEP）的报告指出，相较于化石燃料，生物质能源的生命周期温室气体排放量可减少约80%。根据世界生物质能协会（WBA）发布的《2023年全球生物能源统计报告》，2020年生物质资源占全球可再生热能产量的96%，并且是全球生物能源格局的重要部分。因此，开发利用生物质能源对我国实现碳达峰、碳中和目标，完成能源结构转型具有重大意义。

目前，生物质资源的组分分离与利用技术已取得显著进展。通过物理、化学或生物方法，可以将生物质转化为生物燃料、生物质基化学品和生物质基材料等高附加值产品。Fortune Business Insights预测2019年全球生物能源市场规模为3449亿美元，并预计到2032年达到9786.7亿美元，2020—2032年期间预测复合年增长率为8.34%。木质纤维生物质作为一种被广泛研究、利用的可再生资源，其组成成分与石油相似，并具有丰富的产量和低廉的成本等特点，使得木质纤维生物质在清洁燃料、化工合成和生物基改性材料等领域表现出较大的潜力。

木质纤维生物质作为一种复杂的多聚物，若未得到组分分离而直接应用，不仅会提升后续应用的难度，还会导致资源的严重浪费。近年来，对木质纤维生物质的研究主要集中在开发高效、清洁和绿色的分离方法，以实现生物质资源的高值化利用。其中，基于全组分分离利用的环保型生物质精炼技术是加速实现碳中和的重要途径。本文介绍了生物质中3种主要组分的结构，并着重分析了3种基于全组分分离策略下的新型分离方法，可以促进生物质资源的高效利用，减少资源浪费，同时提高后续产物应用的可行性，为生物质的高值化利用提供一定的参考（图1）。

部分图表

图1 生物质组分分离制备高附加值产品

图2 DES预处理中木质素的结构变化机理示意图^[30]

图3 LI等研究中的工业流程图^[68]

引文格式

刘泽荣, 李凌昊, 许细薇. 生物质全组分分离及应用研究进展[J/OL]. 能源环境保护: 1-13[2025-02-07]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20250108.

LIU Zerong, LI Linghao, XU Xiwei. Advances in Whole-Component Separation and Applications of Biomass[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-13[2025-02-07]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20250108.

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