宋 錦 玉

（遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

新一代的生物燃料
——丁醇的開發(fā)動(dòng)向

宋 錦 玉

（遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

作為新一代的生物燃料，生物丁醇因其物理性能、燃燒性能優(yōu)于生物乙醇，越來越受到人們的關(guān)注。生物丁醇的開發(fā)，對(duì)緩解能源危機(jī)，保護(hù)環(huán)境具有重要的意義。對(duì)生物丁醇與生物乙醇的性能進(jìn)行了比較，介紹了生物丁醇的開發(fā)動(dòng)向。

生物燃料； 生物丁醇； 生物乙醇

能源作為現(xiàn)代社會(huì)賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ),受到世界各國的廣泛關(guān)注。目前,石油、煤炭、天然氣等化石燃料在價(jià)格不斷上漲的同時(shí),正面臨資源枯竭的危險(xiǎn)[1]。而且，化石燃料在生產(chǎn)和使用的過程中所排放的二氧化碳和二氧化硫給人類社會(huì)帶來了惡化環(huán)境、全球變暖等負(fù)面效應(yīng)。因此,開發(fā)利用可替代能源迫在眉睫。生物燃料以其環(huán)保、可再生、資源豐富等優(yōu)點(diǎn)已成為一種重要的替代能源。

目前，世界上許多化學(xué)公司已經(jīng)開始進(jìn)行重大的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)向，用生物資源代替石油資源，用生物技術(shù)路線代替化學(xué)技術(shù)路線進(jìn)行生物燃料及化學(xué)品的生產(chǎn)。一種新生代生物能源—— 生物丁醇正在進(jìn)入人們的視野。

1 新一代生物燃料——丁醇

在包括美國在內(nèi)的全球范圍內(nèi)，生物乙醇可以說是可再生能源的代表。但是，近年來美國科學(xué)家的研究表明，丁醇是一種極具潛力的新型生物液體燃料。與乙醇相比，丁醇的分子結(jié)構(gòu)比乙醇更接近于汽油，性能上更接近于汽油(參見表1)，在作為車用燃料使用時(shí)具有很多優(yōu)點(diǎn)，所以更加引起了研究者和企業(yè)的興趣，投資者和研究機(jī)構(gòu)紛紛開展了丁醇的研發(fā)和生產(chǎn)工作。2005年美國能源部進(jìn)行了一項(xiàng)以丁醇作為汽車唯一燃料的試驗(yàn)，穿越10個(gè)州，歷時(shí)1個(gè)月，行程16 000多公里。在10個(gè)州的測(cè)定結(jié)果表明，1 L丁醇完全可以替代1 L汽油。EPA在修訂可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)（2010年3月26日在官方公報(bào)公布）時(shí)，公布了玉米丁醇與玉米乙醇同樣，適合承擔(dān)降低溫室氣體排放量20%的義務(wù)的評(píng)價(jià)結(jié)果，以法的形式認(rèn)定玉米丁醇也是可再生燃料[2]。

表1 1-丁醇（n-丁醇）的性能[3]Table 1 The performance of 1 - butanol（n- butanol）

與生物乙醇相比，生物丁醇具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1） 生物丁醇燃燒效率高于生物乙醇，與汽油混合時(shí)無需調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)。

乙醇的燃燒熱只有汽油的 2/3，而丁醇的燃燒熱幾乎與汽油相當(dāng)，因此丁醇的燃費(fèi)性能優(yōu)于乙醇。另外，汽油中混合10%以上的生物乙醇時(shí)，需要高速發(fā)動(dòng)機(jī)，而汽油中混合丁醇時(shí)即使提高與汽油的混合比例，也沒有必要調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)[4]。以美國的標(biāo)準(zhǔn)，乙醇在汽油中的混合比率最高為10%，而丁醇的混合比例可達(dá)到16%[5]。

（2）丁醇的親水性弱，腐蝕性小，適合在現(xiàn)有的汽油供應(yīng)和分銷系統(tǒng)應(yīng)用

乙醇在水中的溶解度大，并有腐蝕的傾向，因此對(duì)乙醇與汽油進(jìn)行調(diào)和時(shí)必須使用汽車槽車、鐵路貯罐等。相反，丁醇在水中的溶解度只有17%，親水性弱，且丁醇的蒸汽壓低，腐蝕性小，可用管道輸送，不需要在分銷終端進(jìn)行調(diào)和，可用現(xiàn)有的加油站系統(tǒng)無需進(jìn)行改造，更適合在現(xiàn)有的汽油供應(yīng)和分銷系統(tǒng)中應(yīng)用。

（3）丁醇與汽油的配伍性更好，能夠與汽油達(dá)到更高的混合比。

生物丁醇在替代石油方面尤其有優(yōu)勢(shì)。汽油中的主要組成是 C6～C8，因此丁醇比乙醇更類似于“油”，它與燃料添加劑和潤(rùn)滑油配伍性更好。在不對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改造的情況下，乙醇與汽油混合比的極限為 10% ，而汽油中允許調(diào)入的丁醇可以達(dá)到16%[6]。

2 生物丁醇的開發(fā)動(dòng)向[7]

作為涂料及合成橡膠的原料使用的丁醇，目前在石油化學(xué)工業(yè)中由乙烯合成，但是在1960年以前則通過丙酮·丁醇菌使甜菜、玉米發(fā)酵而制得。之后，被具有成本優(yōu)勢(shì)的石油化學(xué)方法所取代。但是，隨著原油價(jià)格的上漲及環(huán)境問題的出現(xiàn)，對(duì)通過丙酮·丁醇發(fā)酵方法生產(chǎn)生物丁醇的方法有了新的認(rèn)識(shí)。近年來技術(shù)開發(fā)的中心是，通過基因重組等方法開發(fā)效率高于丙酮·丁醇菌的發(fā)酵菌及發(fā)酵技術(shù)。

2.1 淀粉原料批量生產(chǎn)生物丁醇的技術(shù)開發(fā)動(dòng)向

生產(chǎn)生物丁醇可使用的原料，有甜菜、甘蔗中所含的糖，玉米、小麥中所含的淀粉或纖維素類生物質(zhì)。其中，以淀粉為原料生產(chǎn)生物丁醇的技術(shù)相對(duì)而言最為成熟，目前為進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)而進(jìn)行的活動(dòng)非?；钴S。

① DuPont 公司與 BP 公司的生物丁醇的生產(chǎn)計(jì)劃[8-10]

DuPont 公司的丁醇開發(fā)動(dòng)向如下：

2009年成立Butamax? 先進(jìn)的生物燃料公司

這是一家與 BP合資的技術(shù)管理公司，總部設(shè)在特拉華州威爾明頓。除了對(duì)為了丁醇市場(chǎng)而進(jìn)行的研究開發(fā)以外，還負(fù)責(zé)向生產(chǎn)公司提供技術(shù)。

與BP公司共同開發(fā)中的生產(chǎn)驗(yàn)證裝置于2010年第3季度運(yùn)轉(zhuǎn)。

本裝置由Kingston Research公司（DuPont公司與BP公司共同創(chuàng)立）在位于英格蘭東北部Hull的BP公司的化學(xué)工廠區(qū)域內(nèi)建設(shè)。

Butamax? 先進(jìn)的生物燃料公司已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室完成生物丁醇的各種試驗(yàn)，并完成了行車試驗(yàn)。

此外，由BP公司、DuPont 公司及British Sugar公司共同出資的Vivergo Fuels公司，在位于Hull的BP公司的工廠區(qū)域內(nèi)正在建設(shè)以小麥的淀粉為原料的年產(chǎn)1.1億加侖的乙醇商業(yè)生產(chǎn)裝置，計(jì)劃于2011年完成。建設(shè)完成后，用于生產(chǎn)丁醇，計(jì)劃于2012——2013年開始商業(yè)化生產(chǎn)丁醇。然后，從2013年開始向全球市場(chǎng)提供制造技術(shù)。

② Gevo 公司的生物丁醇批量生產(chǎn)計(jì)劃[7]

總部位于科羅拉多州 Englewood的 Gevo 公司成立于2005年，從加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）引進(jìn)基因重組技術(shù)開發(fā)了由生物質(zhì)選擇性地生產(chǎn)異丁醇的技術(shù)。異丁醇除了可作為生物燃料使用以外，還可期待作為化學(xué)產(chǎn)品的原料使用。

Gevo公司的宗旨是通過對(duì)現(xiàn)有乙醇生產(chǎn)裝置進(jìn)行小規(guī)模的改造盡早地、低成本地進(jìn)行丁醇的商業(yè)化生產(chǎn)。2009年，Gevo 公司與對(duì)很多乙醇生產(chǎn)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工的工程公司ICM公司共同對(duì)明尼蘇達(dá)州的ICM的乙醇生產(chǎn)裝置（年產(chǎn)100萬加侖）成功地進(jìn)行了改造，目的是轉(zhuǎn)用于生產(chǎn)丁醇。

2010年 8月，還簽訂了從生產(chǎn)乙醇的Agri-Energy購買生產(chǎn)能力為1 800萬加侖/年的乙醇生產(chǎn)設(shè)備的協(xié)議。然后，為了收購下一個(gè)乙醇生產(chǎn)設(shè)備，以發(fā)行新股票的方式進(jìn)行了融資。

2.2 開發(fā)中的纖維素類生物丁醇生產(chǎn)技術(shù)

以纖維素類生物質(zhì)為原料的生物丁醇尚處于研究開發(fā)階段，2010年 1月美國加利福利亞州的Cobalt Technologies 公司公開了纖維素類生物丁醇的驗(yàn)證生產(chǎn)設(shè)備。2010年8月，Cobalt Technologies公司與美國大型工程公司 Fluor公司簽署了與生物丁醇生產(chǎn)技術(shù)相關(guān)的伙伴關(guān)系協(xié)議。

2010年8月，日本的出光興產(chǎn)與財(cái)團(tuán)法人.地球環(huán)境產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究機(jī)構(gòu)（RITE）發(fā)表了共同開發(fā)比生物乙醇效率更高的生物丁醇的批量生產(chǎn)技術(shù)，引起人們的關(guān)注。該技術(shù)以稻草等為原料，利用轉(zhuǎn)基因細(xì)菌進(jìn)行丁醇的生產(chǎn)[11]。

據(jù)披露，該技術(shù)以稻草等植物纖維為原料，利用RITE 開發(fā)的基因重組菌生產(chǎn)生物丁醇，計(jì)劃于2013 年建設(shè)實(shí)驗(yàn)裝置，2020年由1 噸植物生產(chǎn)300公升的生物丁醇[12]。

[1] 王丹,林建強(qiáng),張瀟,等. 直接生物轉(zhuǎn)化纖維素類資源生產(chǎn)然料乙醇的研究進(jìn)展[J]. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002, 33 (4)：525-529．

[2] Environmental Protection Agency.Regulation of Fuels and Fuel Additives:Changes to Renewable Fuel Standard Program;Final Rule[EB/OL]. http://www.betalabservices.com/PDF/US-EPA-RFS2.pdf．

[3] Mobile Sources Technical Review Subcommittee.1-Butanol as a Gasoline Blending Bio-component[EB/OL].http://www.epa.gov/air/caaac/mstrs/ March2007/Wolf.pdf．

[4] K-Bets のニュース.新しい代替燃料バイオ□ブタノールを[EB/OL].http://response.jp/article/2006-06-22/83161.html.

[5] K-BETSのニュース.バイオブタノール開発生産の勧め[EB/OL].http://www.kuramae-bioenergy.jp/news/?p=4102010-07-15．

[6] NEDO海外レポート．石油企業(yè)や大學(xué)が模索するバイオ燃料研究開発の別の道筋(米國)[R].2008-06-04．

[7] JPEC. 米國バイオ燃料事情（第3回）(～ブタノールの市場(chǎng)導(dǎo)入に向けた動(dòng)き～)[R]. JPEC 海外石油 情報(bào)（ミニレポート）．

[8] riibs.新しい代替燃料「バイオ ?ブタノール」を開発.化學(xué)工業(yè)日.[EB/OL].http://response.jp/article/2006-06-22/83161.html．

[9] A joint venture between BP and DuPont.Butamax? Advanced Biofuels LLCfact sheet[EB/OL].http://www.butamax.com/_assets/pdf/butamax_ advanced_biofuels_llc_fact_sheet.pdf．

[10] BP Global .Mandelson Welcomes World Class Advanced Biofuel Centre [EB/OL].http://www.bp.com/genericarticle.do?categoryId=2012968&cont entId=7058143．

[11] 伊藤 小巻.出光興産とRITE バイオブタノールの量産技術(shù)を共同で開発[EB/OL].http://www.bloomberg.co.jp/apps/news?pid= jp09_newsarchive&sid=atgG9HVFbCDM．

[12] J-CASTニュース．雑草からバイオディーゼル燃料、地球環(huán)境産業(yè)技術(shù)研究機(jī)構(gòu)が開発[EB/OL].http://www.j-cast.com/2007-08-140103 26.html．

Development Trend of a New Generation of Biofuels - Butanol

SONG Jin-yu
(Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China）

Biobutanol has been got more and more attention as a new generation of biofels because its physical properties and combustion performance are better than those of bioethanol.The development of biobutanol has a great significance to alleviate the energy crisis and to protect environment.In this article, performances of biobutanol and bioethanol were compared, and development trend of biobutanol was put forward.

Biofuels; Biobutanol; Bioethanol

TQ 214

A

1671-0460（2011）06-0631-03

2011-03-22

宋錦玉（1963-），女，遼寧撫順人，高級(jí)工程師，1985年畢業(yè)于撫順石油學(xué)院石油加工專業(yè)，從事情報(bào)調(diào)研及編輯工作。E-mail：sjy631122@163.com，電話：0413-6865105-801。