出品：科普中国
制作：魏昕宇
监制：中国科学院计算机网络信息中心
前情提要：在本文上半部分 ， 我们介绍了离子液体的基本概念——在室温或者略高于室温的条件下处于液体的离子化合物 ， 以及它的重要用途 ， 即作为更加安全环保的溶剂 。 在下半部分 ， 我们还将了解更多离子液体的潜在应用 ， 而这些应用都与我们的生活密切相关 。
打开生物质宝库的金钥匙
我们知道 ， 石油、煤炭、天然气等化石燃料已经成为现代社会赖以运转的根基之一 。 然而随着化石燃料的日渐枯竭 ， 以及燃烧化石燃料排放二氧化碳造成的全球气候变暖等气候问题 ， 人们不得不寻找更具有可持续性的新能源 。 而在众多可再生能量来源中就包括了生物质 ， 即地球上各种生物制造出来的有机物 。 作为新能源的生物质 ， 当然不是要我们走砍柴烧火的老路 ， 而是着眼于对生物质进行精炼 ， 将其转化为性能更高的液体或者气体燃料 。 在这一过程中 ， 我们还可以获取其它原本需要从化石燃料中提炼的重要化工原料 ， 可谓一举两得 。
目前 ， 不少通过生物质精炼来获取燃料、或者化工原料的工艺已经相当成熟 。 例如糖类经微生物发酵后得到的乙醇 ， 不仅能按照一定比例添加入汽油中作为汽车燃料使用 ， 还可以与动植物油脂反应 ， 得到能够替代柴油的生物柴油 。 乙醇还可以作为许多化工产品的原料 ， 例如将其脱水后就得到乙烯 ， 可以合成重要的塑料聚乙烯 。
然而 ， 这些方法虽然行之有效 ， 但其利用的对象主要是淀粉、糖、油脂等来自农产品的生物质 ， 因此不可避免地要与粮食生产争夺土地 。 在全世界仍然有九分之一的人口未能摆脱饥饿的情况下 ， 这些利用生物质能源的手段难免遭人诟病 。 因此 ， 不少领域内科研人员认为 ， 生物质能源要想真正发展 ， 必须将利用对象转移到木质纤维素生物质 。
所谓木质纤维素生物质 ， 指的是由纤维素、半纤维素和木质素这三种天然高分子化合物组成的生物质 ， 它们构成了绿色植物的主干 ， 可以说是植物生物质的代名词 。 木质纤维素生物质不仅储量丰富 ， 而且它们不能被人体消化吸收 。 因此 ， 如果把生物质能源的原料从农作物转换到木质纤维素 ， 不仅可以大大减轻对农业生产的依赖 ， 而且还可以帮助消化农产品加工的废料 ， 例如秸秆、甘蔗渣等 。 而迈出这一步转换在理论上也并不困难：纤维素可以通过化学或者生物手段水解为葡萄糖 ， 只要这一步做好了 ， 我们就可以将取之不尽用之不竭的木质纤维素资源与成熟的生物质能源技术实现完美对接 。
然而在实践中 ， 正是纤维素水解这至关重要的第一步 ， 让研究人员颇为头疼 。 由于分子间强烈的氢键 ， 纤维素会形成致密的晶体 ， 这使得它们无法溶解于大多数溶剂 。 如果不能形成溶液 ， 纤维素的水解就很难高效地进行 。 幸运的是 ， 近年来研究人员发现 ， 许多离子液体可以通过破坏纤维素分子之间的氢键来溶解一定比例的纤维素 ， 一些离子液体甚至可以将整个木质纤维素生物质悉数吞下 。 一旦形成了溶液 ， 我们就有可能对纤维素进行进一步的处理 ， 从而更好地利用大自然赋予我们的宝库 。
某种离子液体（左）能够溶解山毛榉木材的粉末（中） ， 形成均匀的溶液（右）
（图片来源：Michael Zavrel et al., Bioresource Technology ， 2009）
离子液体不仅可以帮助我们更好地利用生物质 ， 还有可能在另一项与能源有关的应用中大显身手 ， 那就是如今几乎人人都离不开的锂离子电池 。
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