生物质转化为燃料和化学品：支持工艺和技术的综述 | 海洋与湿地 - 海洋生物燃料技术

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秸秆。摄影：Linda ©绿会融媒·海洋与湿地（图文无关）

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海洋与湿地

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近期，笔者学习了一篇发表于《化学技术与生物技术期刊》（Journal of Chemical Technology and Biotechnology）的研究论文，题为《生物质转化为燃料和化学品：支持工艺和技术的综述》。全世界越来越关注：我们对化石燃料的严重依赖对环境的影响，这为利用生物质生产燃料和化学品提供了动力。具有成本效益的转化技术是生物基燃料和化学品与石油衍生产品竞争的挑战。本综述概述了生物质转化技术的最新进展，包括热化学和生物化学过程。由于存在大量可用的转化技术，因此选择合适的转化技术取决于生物质原料的可用性和所需的最终产品。据观察，目前的研究重点是开发催化剂和优化工艺参数，以提高转化技术的经济性。人们也在努力利用更便宜的底物、木质纤维素生物质和二氧化碳封存藻类。虽然很少有技术达到商业阶段，但木质纤维素和海洋生物质的转化技术仍在发展中。此外，为了增加生物精炼厂概念的价值和可持续性，人们正在大力推动从生物质中提取平台化学品的工艺优化。本综述介绍了这些领域的一些关键发展。

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（图文无关）摄影：©绿会融媒·海洋与湿地

2020年，世界能源产量为14166百万吨油当量，其中化石燃料占能源组合的81%。这表明我们严重依赖化石燃料，因为它们仍然是生产燃料和化学品的主要来源。各国对化石燃料二氧化碳排放的有害影响的认识日益加深，刺激了生物基燃料和化学品的发展。利用生物质作为燃料和生产化学品并不是一个新概念。虽然简单，但它是一种效率低下的生物质转化方法。有多种技术可用于将生物质升级为更有价值的形式，包括机械或物理、化学、热化学和生物化学。虽然热化学技术具有工艺简单和易于与现有炼油厂集成的优势，但生物化学技术提供了从生物质中获取目标高价值产品的复杂方法。热解、水热液化(hydrothermal liquefaction，HTL)和气化是常用的热化学过程。虽然热解和水热液化将固体生物质转化为液体原油状燃料，称为生物油，可以升级以改善其燃料特性，但气化方法将生物质转化为合成气体 - 一氧化碳(CO)和氢气(H2) - 可作为燃料和化学品的前体。文献包括几项关于热化学转化催化剂的研究，以提高产品质量和选择性，并解决焦油/焦炭形成的问题。生物化学转化过程为生产高价值化学品提供了一种途径选择。混合热能和生物化学技术（如合成气发酵）可以兼具两种方法的优势。从生物质中可以获得各种具有商业价值的燃料和化学品。尽管生物化学品的市场容量低于生物燃料，但它们是高价值产品。

生物精炼厂中生物基化学品与燃料的整合有助于更有效地利用生物质原料，并产生各种高价值流的产出。当前，在世界范围内已经开展了具有积极市场前景的生物基化学品识别研究，以讨论其技术发展和未来市场潜力。2004年，美国能源部的一项研究确定了12种分子是源自生物质的潜在新平台化学品。该名单于2010年进一步更新。2017年，一项针对英国市场进行的研究公布了一份20种生物基化学品清单，用于替代有害塑料和石油基产品。更近的是，在2020年，国际能源署(IEA)还确定了可以在综合生物精炼工艺中生产的潜在平台生物基化学品。这些包括琥珀酸、乳酸、2,5-呋喃二甲酸(FDCA)、3-羟基丙酸(HPA)、富马酸、甘油、木糖醇、山梨醇、乙酰丙酸、L-天冬氨酸、L-谷氨酸和衣康酸(IA)。生产这些化学品和燃料的传统化学方法涉及石油原料，这需要高操作温度和高浓度的金属催化剂。

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由于生物化学方法具有操作条件温和、可持续性、高选择性、水相反应和可再生原料等优势，因此在生产这些燃料和化学品时，生物化学方法受到高度重视。虽然从生物质中生产这些燃料和化学品的技术已经很成熟，但仍需要使它们具有经济可行性，以便与石油衍生的技术和产品竞争。本文试图概括在可用于生产生物燃料和生物化学品的转化过程和技术方面取得的重大进展，特别强调了过去5年（2017-2021年）的发展。

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编译 | Daisy

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审核 | ZYP

排版 | 绿叶

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【参考资料】

Anurag Rathore et all, Biomass to fuels and chemicals: A review of enabling processes and technologies，Journal of Chemical Technology and Biotechnology，https://doi.org/10.1002/jctb.6960

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