和格林童话里的侏儒妖Rumpelstiltskin一样，很多人也曾幻想过把稻草纺成金子。

在现实生活中，科学家们的确正在利用大自然中的阳光把稻草变成更有价值的东西。

卡尔加里大学的一个科研项目就在做这样的事情：把秸秆、枫叶等废弃的生物质，通过太阳能和催化剂进行转化，变成氢、乳酸等一些高价值的化合物。

低碳排放的生物炼制

相对于石油炼制，采用秸秆等废弃的生物质作为原料来炼制各种化学品，被认为是在理论上更低碳的做法。

这一项目的负责人Jinguang Hu对加美财经表示，这种方式主要有两种途径：

一种是用微生物、昆虫等自然界中的物质把生物质进行降解，这些生物体内有一些酶作为催化剂，在整合优化后作为生物酶降解、发酵，进而产出化学品和燃料。这也是Hu在开始涉足生物质领域研究和博士研究的方向。

另一种途径就是通过高温高压把生物质直接转化成油，制成生物原油和生物合成体，加工成化学品和燃料。

过去四五十年中，科研人员和企业在这两条路径上都投入了不少成本和精力，却发现这些并不是真正低碳的方式。

“现在大家遇到一个瓶颈是，当我们整体来看它的LCA（生命周期分析）时，（减）碳排放（的效果）并没有大家想象的那么好，”Hu告诉记者，第二种热化学的途径在生产过程中就会释放很多碳，而对于第一种途径来说，生产酶的发酵过程中就会释放二氧化碳。

Hu表示，近来美国也有几家用秸秆生产生物燃料的企业，但由于这几年石油价格很低，实际上这种路线并没有到产业化的阶段，主要缺陷也还是在于碳排放并没有那么低。

而Hu和他的团队初衷就是要研发一种低碳排放的生物炼制平台。

三年前，他和现在的研究伙伴Kibria博士来到卡尔加里大学开始这个项目的研究。

他们目前研究的这一项目的核心是，用光电平台对生物质进行降解，利用一种催化剂把太阳能转化为电子，电子把还原体系中的质子还原成氢气。

“整体上说我们希望做到一石二鸟，既产生氢，又能把生物质转化为高价值化合物产品，” Hu说。

在氧化还原反应中，生物质还可被转化成各种有价值的产品，例如可以制成生物塑料的乳酸。生物塑料可以被降解，可应用于食品包装和母婴行业。

除此以外，Hu和他的团队还在研究其它高价值的产品，以及一些能源的前驱，例如生物柴油、航空燃油的前驱体。

Hu向记者表示，这一过程中使用到的催化剂相当于光合作用中的叶绿素，现在他们使用一些简单便宜的材料，例如碳氮的结合物。“我们可以用三聚氰胺、尿素生成这样的催化剂，所以不是很贵，”他说。

理论上，因为这一项目只使用了太阳能作为唯一的能源，在这个过程中不会产生二氧化碳。但Hu告诉记者，他们还没有经过生命周期分析，因此到现在还不能下最终零碳排放的结论。“在制备半导体催化剂过程中有多少二氧化碳排放，在产业化后，从原料、产品提纯的整个系统来看到底有没有碳排放，目前还没有定论，”他说。

从蓝氢到绿氢

目前，Hu领导的这一项目正和阿尔伯塔创新公司（Alberta Innovates）进行探讨，尝试将其从实验室搬到阿尔伯塔高日照的自然环境中进行测试，为之后的商业化做准备。

此前，这一项目曾在一家叫做加拿大国家光源（Canadian Light Source）的光源研究所中进行了实验。

这一项目还获得了加拿大第一研究卓越基金（Canada First Research Excellence Fund）的支持。

Hu表示，近几年来，从加拿大政府，到阿尔伯塔，再到卡尔加里大学，大家都看到了新能源尤其是生物质能的潜在趋势，因此给予了不小的支持。

“光电是近几年来大家都在攻坚的领域，在加拿大我们应该是最早开始的之一，” Hu告诉记者，在这一领域，剑桥大学的相关项目走在前列，除卡尔加里大学外，包括多伦多大学、不列颠哥伦比亚大学和阿尔伯塔大学在内，很多高校都在相似的领域开展研究。此外，美国和中国的一些科研机构也开始往这一方向进行研究。

“但大家都处在相似的阶段，距离实现商业化仍需要一段时间，”Hu告诉记者，在提高转化率、产率、把实验过程放大、需要什么样的反应器等方面，仍需要一段科研的过程。

例如，在将太阳能转化成电子方面的能力方面，太阳的波长段在很多范围内都有，最开始大家用的都是UV这一能量强波长短的波段，但UV其实只占到很小一部分，红外线和可见光的占比很大，因此怎样更有效地利用这些能量，就会极大提高其产率。

此外，在产氢的过程中，生物质也会转化成其它产品，怎样进一步提高氢的产率、提高生物质转化成其它产品的量，也都是大家在研究的话题。

1月21日，在拜登上任美国总统首日，不出意料地撤销了从阿尔伯塔南下铺设输油管线的“基石”（Keystone XL）项目。

尽管拥有丰富的油气资源，但加拿大始终面临着出口市场单一、开采成本高、管道容量不足的能源困局，与之伴随的温室气体排放也是亟待解决的问题。

氢能源作为一个更环保的替代方案屡屡被热议，它可以在燃料电池领域进行广泛的产业化。

Hu认为，整体上，氢能源是发展的大趋势，全球很多国家都在关注氢经济。在他所在的阿尔伯塔省，氢能源的发展其实已经相对成熟，不过其产氢的主流路线仍属于蓝氢——将天然气做蒸汽提炼。

这一路径需要大量可靠的天然气供应，而且生产过程中并非没有碳排放。

Hu认为，蓝氢是转向氢能源的一个过渡方案。“长远看，怎样做绿色氢能源是将来的一个趋势，光水解产氢其实是绿氢中更进一步的做法，有些企业已经开始在逐渐进行规模化生产，”他说。

Hu和其团队所走的技术路线，也是光水解产氢的路线，但在这之外，他们还可以把生物质能更全面地利用起来。Hu表示，他们的项目就是在能源转型、减排、生物质资源的综合应用的背景和趋势下展开的。

“如果可以规模化生产，潜力无穷，”他说，目前也有很多传统的石油企业和生物质能企业找到他们，表示对他们的项目感兴趣。