樹(shù)木用來(lái)造紙之后產(chǎn)生的廢棄物之一——木質(zhì)素往往會(huì)通過(guò)燃燒進(jìn)行處理，這種不可再生的行為其實(shí)是一種浪費(fèi)。華盛頓州立大學(xué)的研究人員將這種木質(zhì)素廢棄物與聚丙烯腈混合，制成了既強(qiáng)又便宜的車(chē)用碳纖維，實(shí)現(xiàn)了生物煉制廠的可持續(xù)發(fā)展。

使用植物和樹(shù)木來(lái)制造紙或乙醇等產(chǎn)品，會(huì)留下一種名為木質(zhì)素的殘留物，其是植物細(xì)胞壁的成分之一。剩余的木質(zhì)素不是很有用，一般是被燒毀或被扔進(jìn)垃圾填埋場(chǎng)。現(xiàn)在，研究人員報(bào)告說(shuō)，將木質(zhì)素轉(zhuǎn)化為碳纖維，生產(chǎn)出一種較低成本的材料，其強(qiáng)度足以構(gòu)建汽車(chē)或飛機(jī)的零件。

該項(xiàng)目的主要研究員Birgitte Ahring博士說(shuō)：“木質(zhì)素是一種復(fù)雜的芳族分子，主要是被燃燒以在生物煉制廠中產(chǎn)生蒸汽，這是一個(gè)相對(duì)低效的過(guò)程，不會(huì)產(chǎn)生很多價(jià)值。尋找更好的方法來(lái)使用剩余的木質(zhì)素是真正的驅(qū)動(dòng)力，我們希望使用生物煉制垃圾來(lái)創(chuàng)造價(jià)值，我們希望使用低價(jià)值的產(chǎn)品來(lái)創(chuàng)造高價(jià)值的產(chǎn)品，這將實(shí)現(xiàn)生物煉制廠的可持續(xù)發(fā)展。”

另外，在碳纖維方面也存在潛在的用途。用木質(zhì)素制成的碳纖維將比目前生產(chǎn)的纖維更可持續(xù)，更便宜。現(xiàn)代汽車(chē)和飛機(jī)上所用的碳纖維通常由聚丙烯腈（PAN）制成，這是一種昂貴的不可再生聚合物。“PAN可以貢獻(xiàn)碳纖維總成本的一半，”Jinxue Jiang博士說(shuō)道，他是華盛頓州立大學(xué)Ahring實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員，“我們的想法是通過(guò)使用可再生材料（如生物煉制木質(zhì)素）來(lái)降低制造碳纖維的成本。其他研究人員試圖用100％的木質(zhì)素制造碳纖維，但最終得到的纖維強(qiáng)度太弱。而我們希望將PAN的高強(qiáng)度與木質(zhì)素的低成本相結(jié)合，以生產(chǎn)汽車(chē)用碳纖維。”

為了開(kāi)發(fā)出一種強(qiáng)而價(jià)廉的碳纖維，Ahring的團(tuán)隊(duì)將木質(zhì)素與PAN以不同含量混合，從0到50％不等。他們使用名為熔融紡絲的工藝將聚合物熔合成單纖維。“提高聚合物混合物的溫度，直到它們?nèi)诨娇梢粤鲃?dòng)，”Jiang說(shuō)，“然后，轉(zhuǎn)動(dòng)這些聚合物熔體直到纖維形成。”研究人員利用核磁共振光譜，量熱法和電子顯微鏡等多種方法評(píng)估了纖維的結(jié)構(gòu)和機(jī)械特性。他們發(fā)現(xiàn)，他們可以在不犧牲強(qiáng)度的情況下消除多達(dá)20-30％的木質(zhì)素。研究人員表示，木質(zhì)素碳纖維可以用于汽車(chē)行業(yè)，如內(nèi)部零件、鑄件和輪胎框架。

下一步，研究人員將在汽車(chē)制造廠測(cè)試他們的纖維是否可用于實(shí)際生產(chǎn)。Ahring說(shuō)：“如果我們能夠設(shè)法獲得可用于汽車(chē)行業(yè)的纖維，我們將能夠使生物煉制廠在經(jīng)濟(jì)上更具可行性，因此可以銷(xiāo)售通常會(huì)被丟棄或燃燒的物質(zhì)。而且產(chǎn)品將更加可持續(xù)和便宜。”