用10亿吨生物质废弃物制造太阳能电池和玻璃

具有各种光学功能的纳米纤维素复合薄膜。照片：Derya Atas/阿尔托大学

　　一个数字化的、城市化的世界消耗了大量的原材料，这些原材料很难被称为环境友好型材料。

　　根据发表在《先进材料》(Advanced materials)杂志上的一项研究，一个有希望的解决方案可能找到了源源不断的可再生原材料。

　　在他们的论文中，国际研究小组仔细研究了木质纤维素(或植物生物质)如何用于光学应用，有可能取代沙子和塑料等常用材料。

　　阿尔托大学功能材料助理教授Jaana Vapaavuori说：“我们希望尽可能全面地描绘木质纤维素如何取代目前广泛使用的不可再生资源，如智能设备或太阳能电池。”

　　木质纤维素，包括纤维素、半纤维素和木质素，几乎存在于地球上的每一种植物中。当科学家将其分解成非常小的成分并将其重新组合在一起时，他们可以创造出全新的、可用的材料。

　　在对该领域的广泛探寻中，研究人员评估了光学应用所需的各种制造工艺和特性，例如透明度、反射率、紫外线滤光以及结构颜色。通过结合木质纤维素的特性，我们可以为窗户或对某些化学物质、蒸汽产生反应的材料创造出光敏反应的表面。

　　Vapaavuori解释说，“我们甚至可以制造吸收辐射的紫外线保护剂，就像防晒霜一样。实际上，我们可以给木质纤维素添加功能，并比玻璃更容易定制它。”

　　例如，图尔库大学材料工程教授Kati miiettunen说，“如果我们可以用木质纤维素取代太阳能电池中的玻璃，我们就可以提高光吸收，实现更好的运行效率。”

　　由于森林生物质的需求量已经很高，而巨大的碳汇对地球的健康至关重要，作为木质纤维素的来源，研究人员把目光关注到了没有被利用的东西：每年工业和农业产生中超过10亿吨的生物质废弃物。

　　Vapaavuori强调，其他行业的木质纤维素剩余物有巨大的开发潜力。目前，研究人员仍在研究生物基材料并创建原型。例如，在阿尔托大学，科学家们已经开发出了轻型纤维和光敏织物。

(a)去除木质素前和聚合物填充后的木结构照片和示意图。(b)不同的各向异性结构取决于切片方法和相应的激光散射剖面。(c)压制/干燥过程前后的示意图和照片，通过将去木质素的木质细胞壁压制在一起形成透明薄膜。

　　Vapaavuori说：“向规模化和商业化的飞跃可以通过两种方式实现。我们要么通过政府法规为生物废弃物创造新的用途，要么通过研究带来如此酷的演示和突破，从而推动对可再生光学应用替代品的需求。我们认为，我们既需要政治方向，也需要扎实的研究。木质纤维素创新的发展和商业化的一个主要障碍是其制造成本。早在21世纪初，人们就开始关注纳米纤维素，但直到现在，它的能源消耗和生产成本才下降到足以将其用于工业用途。另一个持续存在的挑战在于一个简单但基本的加工成分：水。纤维素爱水。”Vapaavuori说，“为了将其用于光学应用，我们需要找到一种方法使其在潮湿条件下保持稳定。”

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　　（原文来自：每日太阳能 全球新材料网、新能源网综合）