落基山国家实验室（NLR）与北卡罗来纳州立大学（NCSU）的研究团队近期在《ChemSusChem》期刊上发表了一项关于将生物质转化为石墨的研究。这一技术旨在利用林业和农业废弃物等生物质资源，通过传统炼油设备生产高质量的生物石墨，以应对美国在关键矿产供应方面的挑战。

研究团队最初尝试将加热生物质产生的油转化为喷气燃料，但发现其中的活性化合物会在催化剂上形成固体涂层。他们转而将这些固体材料升级为石墨，并在此过程中仍能产出可转化为燃料的油。此外，团队还开发了第二种途径，使用铁作为催化剂，将石墨化温度从传统的3000°C降低至1500°C，显著节省了成本和能源。

NLR生物经济化学工程师Carrie Farberow表示：“这项研究展示了在同一过程中生产国产石墨和燃料的两种可行途径。一种途径允许我们将废料转化为电池级石墨，另一种途径允许在生物石墨生产过程中显著节省能源和成本。”随着全球电池和钢材生产增长，预计到2028年石墨需求将上升70%，这项技术可能帮助美国制造商提高产量。

第一种途径利用延迟焦化器等现有炼油设备，将生物质热解油转化为石墨。前NLR研究员Steven Rowland指出：“我们看到现有石油炼油厂有潜力处理大量国内生物质，并将其升级为石墨等高价值碳材料。”这种方法兼容传统设备，可帮助制造商从废料中生产更多高质量石墨。

第二种途径通过铁催化剂在较低温度下生产石墨，减少了能源消耗和成本。NLR高级电池化学研究员Bertrand Tremolet de Villers说：“我们开发的两种石墨化途径使我们能够展示如何将生物质转化为可充电锂离子电池。我们可以在实验室中对这些电池进行表征和验证，以确保它们安全且高性能。”这种低能耗方法有利于电网储能应用。

研究团队强调，废物如森林碎片和工业废料可作为生物质来源，转化为石墨以支持电池和钢材制造。Rowland补充道：“能源部报告称，美国每年可生产超过10亿吨生物质，保守估计每年可产出1亿吨电池级石墨。”实验室正在建造中试规模设备以扩大生产，Farberow总结说：“这些过程有能力扩大规模以满足未来石墨需求，通过对工业能力进行投资，美国制造业可能获得推动。”

出版详情：作者：Anna Squires, National Renewable Energy Laboratory；标题：《Turning biomass into graphite could help the US secure a critical mineral supply》；发表于：《ChemSusChem》(2025)；期刊信息：《ChemSusChem》。