新研究表明，杨树可能是一种经济上可行的生物燃料原料。
在寻求生产价格可负担的生物燃料过程中，杨树是太平洋西北地区最有希望的选择之一——这种树数量丰富、生长迅速、能适应多种地形，其木材还可转化为生物燃料以及高价值化学品所用的物质，而这些产品在我们的日常生活中不可或缺。
研究人员正在测试杨树转化为乙醇以及化妆品、洗涤剂中的化学品等各种产品的潜力，但杨树的商业规模加工厂至今仍未建成。这主要是因为其生产成本仍无法与当前油价竞争。
如今，一个研究团队正试图让杨树成为有竞争力的选择。他们测试种植较幼龄的杨树，以便更频繁地收割——仅需两三年即可收割一次，而不是通常的10至20年一个周期。
与完全长成的成年树相比，这些树本质上还处于幼年期，种植间距更小，并以特定方式砍伐，使每次收割后树桩上能萌发出更多枝条；同一套根系可使用长达20年。这种方法称为“萌蘖更新”，由此培育的树称为萌蘖杨树。
该团队首次尝试采用两种不同工艺，将整株幼树——包括叶片、树皮和枝干——转化为生物油（一种生物来源的油品）和乙醇。他们的研究结果于今年夏天发表在两篇论文中，一篇刊于《ACS可持续化学与工程》，另一篇刊于《生物技术与生物燃料》，这些结果显示，利用萌蘖杨树生产生物燃料前景可期。
“离加油泵更近一步”
“我们的研究证明，萌蘖杨树有望满足生物燃料原料成本低、产量大的要求，”华盛顿大学生物资源科学与工程项目博士生张斗（Chang Dou）说。他是两篇论文的第一作者。“我们的发现对未来生物燃料行业意义重大，最终目标是让萌蘖杨树生物燃料离加油泵更近一步。”
大多数研究都聚焦于老龄杨树的木片，主要是因为木质部分含糖量最高，而糖是生产乙醇和化学品的重要原料。早期研究表明，杨树木片是可行的生物燃料来源，但成本仍不划算，尤其是树木每十多年才砍伐一次。
此外，如果只利用树干，其他树木部分就会被浪费，使整个过程效率更低、浪费更多。不过，如果像农作物一样密植杨树，并以短得多的周期收割整株树木，从成本角度看可能就行得通，还能缩短投资回报周期，也会更吸引农民。
研究人员强调，替代燃料必须在经济上可行，生物燃料才能在石油主导的市场中占有一席之地。
“我们有出于环境考量而利用可再生资源生产燃料和化学品的动力，但目前这些动力还不足以让它们与低油价竞争。这就是问题所在，”华盛顿大学环境与森林科学学院副教授、该论文资深作者雷娜塔·布拉（Renata Bura）说。
从田间到燃料
在这项研究中，研究人员于2012年春季在俄勒冈州杰斐逊种下密植成行的树木。杰斐逊是四个研究地点之一。不到两年后，他们便在叶片尚未掉落时收获了树木。
研究团队首先测试能否通过一种工艺将整株幼龄杨树转化为糖。该工艺利用高温、高压和酶，将木质材料分解成糖。随后可通过发酵这些糖制取乙醇、乙酸、乳酸以及其他有价值的化学品。
处理树木后，研究人员发现，叶片表现不佳，会降低糖的总产量。这不仅是因为叶片天然含糖量低，还因为叶片含有其他会妨碍释糖过程的化学物质。若扩大到商业化生产规模，应去除叶片，并可将其用于其他用途，例如作动物饲料。
他们还测试了来自同一地块的整株杨树，采用另一种转化工艺，以高得多的温度——高达500摄氏度以上——通过称为“热解”的过程将树木材料直接转化为生物油。目前，研究人员正在探索如何将这种深褐色的油转化为类似汽油或柴油的交通燃料。
实验中，研究人员发现，加入叶片对所得生物油的品质影响不大。扩大生产规模后，生产商如果不将叶片与枝条分开，最终便可节省时间和成本，同时获得品质相近的油品。
道解释说，未来的杨树生产厂可采用这两种方法，并权衡当前原料成本、所产产品的市场价值等因素，判断哪种方法在经济上更划算。
研究中使用的幼龄杨树，其特性与真正进行萌蘖更新时从树桩上萌发的新枝相似。采用这种砍伐方法，每两年就可收割一次，最多持续20年，无须像常规种植模式那样花费额外精力和成本挖出根系、整备土壤并种植新树。
研究人员最终表示，对于太平洋西北地区的种植者而言，萌蘖杨树很可能是在成本与可靠性之间最平衡的生物燃料生产原料。
“目前，我们正在研究如何种植杨树，以提供具有货币价值的生态系统服务，”布拉说。“未来，我们设想建立一种生物基产业，既能带来多重环境效益、振兴农村社区，也能成为通往成熟生物燃料产业的桥梁。”
布拉的研究属于“西北先进硬木生物燃料”项目，该项目由美国农业部国家食品与农业研究所资助。项目旨在为太平洋西北地区以杨树原料为基础的生物燃料及生物基产业奠定基础。
