我们生活的世界，空间和资源都非常有限。随着人口的不断增长，资源的消耗也随之增加。相信最近大家也感受到了，由于受「新冠病毒」疫情的影响，像「口罩」、「医用酒精」、「消毒液」等物资一度面临供不应求的局面。这个时候，我们才真正体会到了资源丰富与否给我们生活带来的影响有多大。不论是口罩还是医用酒精，这些商品都是由不同的原材料加工制造的。原材料可以来自「石油」、「植物」或是「矿石」等。这些原材料经过一系列加工、处理，变成货架上的商品，供人们使用。石油开采。有些原材料，经过漫长的岁月沉淀，最终才为人类所用，例如「石油」。我们一般认为它属于「不可再生资源」。这就意味着，从人类的时间尺度上来讲，一旦石油消耗殆尽，便再也无法开采到它们了。可喜的是，有一类原材料，即使人们不断地取用，它们也可以进行自然或人工干预地更新，这样的资源就属于「可再生资源」，比如说制造纸张和木器的原材料——树木。虽说树木被砍伐之后，可以再种植新苗，但是如果我们不注意环境保护，亦或是砍伐的数量远超过种植，那么总有一天树木也会被人类耗尽。到那时，或许纸质书籍只会出现在博物馆中了。树木属于可再生资源。其实，人们早已预料到了有限的资源带给我们的未来很可能不堪入目，所以科学家们早已行动起来，去探索如何将「可再生资源」的利用做到最大限度。机遇与挑战并存。开发「可再生资源」，需要用微观的视角去理解组成这些资源的各类物质，对这些物质进行必要的「解构」与「重构」，让它们变成我们心目中的样子。就拿树木来说，如果我们希望它们不仅仅是纸张、桌椅的原材料，而是其他更多产品的原材料。其中一种可行的途径，就是对其中的「木质素」进行「解构」与「重构」。木质素，是一种由四种醇单体（对香豆素、松柏醇、5-羟基松柏醇、芥子醇）形成的一种复杂酚类聚合物，与纤维素、半纤维素一起，形成植物骨架的主要成分，起抗压作用。在木本植物中，木质素占25%，储量仅次于纤维素。上面所说的对香豆素、松柏醇等物质均由微观的分子组成，相应的分子由一个或几个原子通过化学键结合在一起。对这些物质进行「重构」，从化学的角度来讲，就是要从组成这些物质的分子中「提取」有用的部分，重新结合成新的分子，而这些新的分子将会组成新的产品。对分子进行这些操作，会同时面临两种主要的挑战——如何获取足够的能量切断化学键，以及如何精确地切断或连接目标化学键。打个比方，想象在飞镖运动中，最理想的结果就是让飞镖扎入飞镖盘的红心区。这不仅需要有足够且刚刚好的力度使飞镖扎进飞镖盘，同时还要完美地控制飞镖的方向。力度与精度的完美协同。正如上图所示，图中右方是一种木脂素（Lignan）的化学结构式，其中每一条短直线都代表一根化学键。由于木质素结构复杂，且其中的化学键相对稳定，精确打断目标化学键具有一定的难度。这正是以木材为原材料，来加工制造其他产品的难点所在。令人振奋的是，这种情况有了很大的改善。一个比利时的科学家团队近期在《科学》期刊上发表研究论文，讨论了他们建立的一种新化学工艺。该工艺不仅可以分解木质素，还可以从桦树中生产苯酚、丙烯。而这两种物质，则都是石油化学产品。新开发的化学工艺流程示意图。当前，该团队科学家们正在尝试实现该工艺的工业化生产。换句话说，他们的这项进展，或许能够让我们在不久的将来，使用树木替代石油，生产出石油化学产品。这项工艺所带来的另一个好处是，二氧化碳的排放量相较于使用石油的工艺来说大大降低了，从而对减缓全球气候变暖具有重要意义。往期推荐：狗狗的“第六感”爱因斯坦再一次对了吸血的蚊子，启发了科学家一项新的技术
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