专家研发新型生物燃料:生物丁醇商业化生产迈出重要一步

2020-05-06 18:29   203次浏览

4月27日,据外媒报道,一项国际研究合作标志着生物丁醇的商业化生产迈出了重要一步,使生物丁醇作为汽油发动机燃料的替代品及为远离化石燃料铺平道路。丁醇,与汽油的关系比乙醇更密切,可以由石油合成,也可以由生物质制成。

作为一种以生物为原料生产的可再生能源,生物乙醇已广为人们所熟知。随着生物化工技术的不断发展,目前,一种新生代生物能源——生物丁醇正在进入人们的视野。

和乙醇相比,生物丁醇在燃料性能和经济性方面具有明显的优势。首先,丁醇与汽油的配伍性更好,能够与汽油达到更高的混合比。在不对汽车发动机进行改造的情况下,乙醇与汽油混合比的极限为10%,而汽油中允许调入的丁醇可以达到20%。其次,丁醇具有较高的能量密度。丁醇分子结构中含有的碳原子数比乙醇多,单位体积能储存更多的能量。测试表明,丁醇能量密度接近汽油,而乙醇的能量密度比汽油低35%。再次,丁醇的蒸汽压力低,能通过管道流动,并且在与汽油混合时对水作为杂质的宽容度大,这使其比乙醇更适合在现有的汽油供应和分销系统中应用。

丁醇可采用与乙醇相似的发酵流程制取。不过,与乙醇相比,丁醇生产的成本要高得多,也就是说,生产丁醇需用较大的蒸发、加热、冷却等设施,投资费用较高。因此,实现生物丁醇商业化的关键是提高原料加工成丁醇的转化率,加快转化过程。这取决于高效生物催化剂的开发和生产工艺设计的优化。

同乙醇一样,生物丁醇传统生产方法也会消耗大量农产品,为此,科学家正在研究利用多种生物基废料生产丁醇的新技术,解决与人争粮的问题。专家表示,以非粮作物为原材料生产生物丁醇是未来发展的方向,将来能源行业可望使用作物纤维素,如谷物秸秆来生产生物丁醇。

丁醇还是一种高能量生物燃料,与传统燃料相比,每加仑可支持汽车多走10%的路程,与乙醇相比,可多走30%的路程。

这项发表在《美国化学学会期刊》(Journal of the American Chemical Society)研究揭示了生产生物丁醇的关键性突破,开发了一种新的金属有机框架(MOF),它能有效地将生物丁醇从生产燃料所需的发酵生物质的发酵液中分离出来。

俄勒冈州州立大学的Kyriakos Stylianou说:“我们正在尝试使用新的金属有机框架来扩大分离方法的规模。如果它能很好地扩展,它可能是朝着不依赖化石燃料的方向发展的一个重要里程碑。”

这种新型的金属有机框架是由Stylianou及其来自瑞士、中国、英国和西班牙大学的同事共同完成的,基于铜离子和碳羧酸配体,称为mCB-MOF-1。MOF可以通过吸附从发酵液中提取丁醇,其效率高于蒸馏或任何其他现有方法。并且MOF在有机溶剂、热水、酸性和碱性水溶液中都是稳定的。

研究人员表示,生物燃料可以增强能源安全和供应,并且成为能源计划的重要组成部分,还有助于碳排放和应对气候危机。此外,生物丁醇比生物乙醇更好,包括与汽油一样的能量密度,并且与汽油充分混合。

免责声明:本文来自自媒体,不代表化工城的观点和立场
精彩推荐