美國《化學技術與生物技術(Chemical Technology & Biotechnology)》雜志于2011年4月22日發布評論認為,將生物質轉化為纖維素乙醇是生物質生產高辛烷值、環境友好的運輸燃料zui有效的應用 。
從自然效率來看,生物質原料在美國和各地產量豐富,它含大量氧(約占40%以上)。為了zui有效地利用這種生物量,必須使整個原料轉化,包括氧。纖維素乙醇是替代的運輸燃料,它保留了原料中絕大部分的氧。
基于光合成的基礎知識和熱力學簡單法則,生物質原料現成可用,并高含氧,它屬于木質纖維材料。對于從這種原料生產液體燃料或化工原料,制勝戰略是生產的產品要能zui高產率地使用整個原料,業已證明zui有效和有廣泛用途的是生產乙醇。
乙醇與生物質中氧的配伍性和對碳較低的需求,從而使與替代方案,如生產丁醇或烴類相比,生產乙醇可以有較高的產率和較高的產熱量(BTU/供入的每t生物質)。乙醇的理論產率為51%,正丁醇和異丁醇的理論產率為41%,C 8辛烷烴類的理論產率為29.7%。
轉化途徑:大部分的研發都集中在生物化學途徑或熱化學途徑,均可從生物質生產乙醇。生物化學途徑使用酶,使經預處理的木質纖維素生物質原料轉化成糖類,糖類然后再發酵成乙醇。熱化學途徑系將生物質原料氣化以制取合成氣,合成氣然后利用化學催化的化學反應被轉化成乙醇。
從二種轉化途徑的缺陷來看:
生物化學途徑受限于昂貴的預處理需求;不能使木質素發酵(生物質含有20%~25%木質素);纖維素轉化為葡萄糖具有生物學復雜性;原料靈活性受限制。
熱化學途徑受限于催化劑的選擇性;通過組合放熱反應會造成熱力學低效率,并且需采用特定的H2 :CO比例;需采用高壓(> 1000磅/平方英寸),增大了設備的復雜性和資本費用;對雜質具有敏感性。
一種新途徑也已脫颕而出。Coskata公司的轉化途徑,由氣化、合成氣發酵和分離組成,因為它有原料靈活性而具吸引力;它能夠使用所有的原料;它產生溫室氣體少;能選擇性地生產乙醇;操作費用低;投資費用低。
排放和發動機的效率:許多研究和報告業已表明,使用乙醇,可減少有害排放,如一氧化碳、揮發性有機化合物(VOC)和硫氧化物。乙醇的高辛烷值使之可使用較高的壓縮比,尤其是專門使用乙醇的汽車。高的蒸發熱產生進料的冷卻效果,特別是在直噴式發動機中,這又可允許使用更高的壓縮比。這種效應因燃料數量增多而可提升,釆用較多的燃料數量可補償乙醇較低的能量含量。即使當汽車未被優化而發揮利用乙醇屬性的某些優勢,相對于汽油而言,使用高的乙醇混合燃料,乙醇較高的辛烷值和更快的火焰傳播速度可使能量效率(使用燃料每BTU能量的行駛英里數)提高。平均而言,2010年車型的汽車,使用E85,能量效率可提高2%。不同的制造商之間有很大的差異,例如通用汽車公司的產品,能量效率平均可提高3.19%。
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