废木、稻草和秸秆这些木质纤维原料通常被用于制浆造纸,但传统工艺所需的纤维素只占原料的45%左右,而另外两种好东西半纤维素与木质素却没有被利用。如何把这些材料利用起来,正是北京林业大学材料科学与技术学院教授许凤一直在突破的难题。“我研究的生物质主要指农林废弃物,包括木材、草类及农林生产中的剩余物,利用的是它内含的纤维素、半纤维素和木质素这三大成分。”
许凤活泼开朗,快人快语,一举一动呈现出东北女性的直率性格。这位在黑龙江双鸭山煤矿长大的工人的女儿,在1988年考大学时就选择了跟树木和木材打交道的专业。
4年本科毕业后,因为成绩优秀留校当了一名教师。1999年,许凤29岁时选择攻读硕士学位。“在从事科研工作中,我越接触越发现知识无穷无尽,所以选择继续读博,并且选择了全国制浆造纸专业排名第一的华南理工大学,那里拥有制浆造纸国家重点实验室及国家工程中心。”
从2000年起,许凤便致力于生物质高值化利用的研究。她的研究工作就是把农林废弃物里面的三种主要成分高效充分利用起来,从原料中把纤维素、半纤维素、三大素分别分离出来再转化利用,纤维素可以去做生物乙醇或其他的产品;半纤维素分离出来可用于生产低聚糖,具有抗癌和其他很多的保健功能;木质素分离出来可以做胶黏剂、木质素聚氨酯等其他相关的木质素材料。
“简而言之,我的研究方向就是想用这种可再生资源代替化石资源。但是这项工作开展起来确实很困难,植物本身具有抗降解屏障,即耐候性、抗生物侵蚀性、化学成分的复杂性等,而我们要做的就是打开细胞壁的屏障,把植物里面的成分提取出来。”
许凤试探着用多种方法破解植物细胞壁,力求将木质纤维从细胞壁分离出来的同时,尽量保持其化学结构和反应活性不遭破坏。经过分离纯化后的纤维素、半纤维素、木质素可以分别投入生物乙醇、可降解薄膜、环保胶黏剂等众多绿色产品的生产。她说:“现在人们通过预处理,如酸、碱处理或者蒸汽爆破能把细胞壁破解,但都是经验上的办法,细胞壁抗降解屏障的机理尚未揭示。我决定从根本入手,寄希望以基础研究指导后续的分离工作。”
天道酬勤,经过几年脚踏实地的研究,许凤的团队收获颇丰。他们先后找到了植物细胞壁中阿魏酸与对香豆酸的定量分离新方法,将酚类化合物的分离量由40%一跃提升至95%。他们还建立了秸秆细胞壁的组分分离新技术,采用碱性氧基体系,将秸秆3种主要组分以较完整分子结构形式分离出来,确保了各组分仍具有较高反应活性。
刚解决了一个问题,又有新的问题摆在面前。许凤现在的最大挑战是如何降低分离和转化过程的成本。目前全球的生物能源转化效率不高,成本比较高。她说:“种种突破都预示了多种生物质资源正在变废为宝,但是要想对人们生活起到巨大的改善作用,可再生资源利用还需要有更大的技术突破。”
由于许凤在利用生物质资源变废为宝中所作出的贡献,她当选为第十届中国青年女科学家,该奖评审会对许凤的评语是:“围绕生物质组分的复杂结构研究生物质超微结构,生物质组分清洁解离机制,实现生物质组分高效分离,从而构造生物质转化为高值化化工产品的理论和新方法,取得了创新性成果,潜力很大。”
许凤对此表达了一个女科学家真实的感受:“不论是做人还是做学问都要有志、有识、有恒。有志,就是有梦想,力争上游、不甘人后;有识,就是有见识,开阔视野、勇于创新;有恒,就是有恒心,脚踏实地、持之以恒。”