木质纤维素生物质是自然界中最丰富的有机物质，也是第二代生物乙醇的主要原料。典型的纤维素乙醇厂将纤维素、半纤维素转化为乙醇，而木质素主要作为锅炉燃料生产蒸汽以及进一步生产电能。木质纤维素具有与钢筋混凝土类似的复杂的抗降解结构，其中纤维素相当于“钢筋”，半纤维素相当于“铁丝”，而木质素相当于“石子”和“水泥”。这种结构有效保护了纤维素，因此需要通过预处理以提高纤维素的可及度，而脱除半纤维素和/或木质素是提高纤维素酶解性能和生物转化效率的有效途径。
近日，清华大学化工系赵雪冰博士课题组在前期工作（Liu et al., Nat. Commun. 2014, 5, 3208; Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 13558–13562; Zhao and Zhu, ChemSusChem, 2016, 9:197–207）基础上，提出了一种温和条件下实现木质纤维素原料有效转化为糖或乙醇和电能的新思路（下图），该工作以封面文章的形式发表在生物质转化领域主流期刊 Bioresource Technology 上（Ding et al., Bioresource Technology, 2017, 228:279–289）。事实上，该团队在2016年11月在Wiley旗下新期刊 Energy Technology 上以 Communication 的形式发表了这种温和条件下木质纤维素醇电联产技术的概念（Zhao et al., 2016, Energy Technology, DOI: 10.1002/ente.201600662），而在 Bioresource Technology 上发表的文章是对该技术中相关参数的进一步优化。
该技术是基于杂多酸具有酸性和氧化还原性的特点，将半纤维素的酸水解和木质素氧化降解相结合，从而实现木质纤维素的有效预处理，提高纤维素的可及度和酶解效率。另一方面，预处理过程中杂多酸被还原，电子和质子从木质纤维素（主要是木质素和半纤维素）传递给杂多酸，而在预处理单元外部的液流电池中进行放电再生，产生电能。整个过程中预处理是“充电”过程，而杂多酸氧化再生是“放电”过程。经过杂多酸预处理后，麦秆的细胞壁结构完全破坏，有效降低粒径和改变表面形态，从而显著提高比表面积。纤维素酶解 12h 即可达到约 80% 的转化率，且水解液可有效转化为乙醇。