利用生物质生产燃料和化学品的可再生能源市场

所有清洁技术的基石的缓解经济、环境、石油和政治负担,这是进口到美国每年41亿桶的速度(EPA统计)。¹生物质生产燃料和化学品的使用有可能减少对外国石油的依赖,减少温室气体排放,限价浪费,并创建新的绿色产业。

这个领域目前的想法,但缺乏可行的解决方案。许多发酵生物处理方法已经被开发出来,但这些技术的昂贵的性质意味着很多可能过渡。方法得到越来越多的关注涉及生物化学转化成简单的有机分子,可以作为一个平台来获得广泛的投资组合的可再生产品。

其中一个方法是纤维素的化学消化成5 -糠醛(chloromethyl),或“CMF”(图。1)。这可以实现两相的液/液反应器含有盐酸水溶液和有机溶剂。^2、3酸的原料混合在80°C,它首先水解纤维素葡萄糖,然后脱水葡萄糖5 -羟甲基糠醛,称为“羟甲基糠醛。”

接下来,羟甲基糠醛的HCl转换成CMF。反应这是一个至关重要的步骤序列,自CMF疏水,迅速隔离进入有机相。从反应介质的CMF产品避免了长期以来困扰的降解反应的酸性处理生物质。solvent-CMF混合物出口反应堆和溶剂蒸发和回收。整个过程需要2 - 3小时和CMF孤立的收益率在95%到80之间,这取决于原料。

图1。纤维素生物质转化为CMF的过程。

在第二个反应模块,CMF处理通过两种产品集合管。其中之一,被称为“furanics”维护呋喃环CMF完整,另,叫做“乙酰丙”,是基于衍生品的乙酰丙酸(图2)。这两个路径提供多种燃料,可再生聚合物,和专用化学品。

图2。Furanic或乙酰丙产品类,如来自CMF。R1可能代表氢或烷基。R2和R3可能代表的任意组合烷基羟甲基,alkoxymethyl,氨甲基,赵,还是公司2H组。

特别感兴趣的一个领域是在处理的油料或藻类生产生物柴油的原料。使用上述反应堆技术,该产品是一种混合脂质/基质组成的燃料混合脂肪酸和levulinate酯。用红花种子作为一个模型,我们能够增加燃料的产量24%。这是通过转换来实现的这两个种子的脂质和碳水化合物的内容转化为燃料。创建更多的生物柴油不仅在这个过程中,但混合脂肪酸酯与levulinate酯改善燃料的冷变形特性。

图3。过程的油料作物转化为一个混合生物柴油。植物油的混合和carbohydrate-derived CMF co-esterified,导致燃料鸡尾酒含脂肪酸酯(红色)和levulinate酯(绿色)。

产品的一般总结CMF导数组合如图4所示。生物燃料包括取代呋喃、四氢呋喃、levulinate酯。这些可再生燃料周期波动范围从柴油汽油,毒性更小、更可降解,和清洁燃烧的碳氢化合物。

与醇、疏水性、无腐蚀性的,non-malodorous (cf。丁醇)。Bi-functional呋喃可以作为可再生替代邻苯二甲酸酯单体及其衍生物在商业上重要的聚酯和聚酰胺。最后,专业化工产品的价值可能来源于CMF。例如,4-aminolevulinic酸和prothrin(图4,底下一行,左和中心)农用化学品,和乙酰丙醛缩二醇甘油(图4,底下一行,对吧)有一系列的使用在化工市场。⁴

图4。例子CMF衍生品。

总之,廉价的化学技术将可再生能源市场的竞争,尤其是石化利润萎缩,石油的成本上升和下降的可用性。这里描述的方法,基于纤维素废物到CMF的直接转换,具有以下特点:

• 这个过程是便宜的,在温和的条件下运行。没有复杂的催化剂,酶、微生物或极端温度。所有的一切都得到了回收利用,我们没有废物流。唯一的非有机产品是水。

• 产品产量在80 - 95%的范围。我们知道没有其他生物质转换过程操作直接从纤维素或生物质原料,让这样一个简单的有机产品的高收益。

• 多种来源以最小的预处理木质纤维素的原料可以直接利用。来源可能包括林业、农业或市政废物。只有减少机械合理的粒度是必需的。因为这个过程是水,甚至干燥的底物是不必要的。

• dropin派生产品,无毒,环境友好替代石油、汽车燃料和可再生的化学中间体。如上所述,CMF是一个通用的平台的化学衍生品可以访问一个多样化的投资组合。

引用

1。tonto.eia.doe.gov
2。m中的和e·b·尼基丁ChemSusChem 2009, 859。
3所示。m中的e·b·尼基丁,绿色化学。2010,370
4所示。segetis.com