新一代的生物燃料——丁醇的开发动向

宋 锦 玉

（辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001）

新一代的生物燃料
——丁醇的开发动向

宋 锦 玉

（辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001）

作为新一代的生物燃料，生物丁醇因其物理性能、燃烧性能优于生物乙醇，越来越受到人们的关注。生物丁醇的开发，对缓解能源危机，保护环境具有重要的意义。对生物丁醇与生物乙醇的性能进行了比较，介绍了生物丁醇的开发动向。

生物燃料； 生物丁醇； 生物乙醇

能源作为现代社会赖以生存和发展的基础,受到世界各国的广泛关注。目前,石油、煤炭、天然气等化石燃料在价格不断上涨的同时,正面临资源枯竭的危险[1]。而且，化石燃料在生产和使用的过程中所排放的二氧化碳和二氧化硫给人类社会带来了恶化环境、全球变暖等负面效应。因此,开发利用可替代能源迫在眉睫。生物燃料以其环保、可再生、资源丰富等优点已成为一种重要的替代能源。

目前，世界上许多化学公司已经开始进行重大的战略转向，用生物资源代替石油资源，用生物技术路线代替化学技术路线进行生物燃料及化学品的生产。一种新生代生物能源—— 生物丁醇正在进入人们的视野。

1 新一代生物燃料——丁醇

在包括美国在内的全球范围内，生物乙醇可以说是可再生能源的代表。但是，近年来美国科学家的研究表明，丁醇是一种极具潜力的新型生物液体燃料。与乙醇相比，丁醇的分子结构比乙醇更接近于汽油，性能上更接近于汽油(参见表1)，在作为车用燃料使用时具有很多优点，所以更加引起了研究者和企业的兴趣，投资者和研究机构纷纷开展了丁醇的研发和生产工作。2005年美国能源部进行了一项以丁醇作为汽车唯一燃料的试验，穿越10个州，历时1个月，行程16 000多公里。在10个州的测定结果表明，1 L丁醇完全可以替代1 L汽油。EPA在修订可再生燃料标准（2010年3月26日在官方公报公布）时，公布了玉米丁醇与玉米乙醇同样，适合承担降低温室气体排放量20%的义务的评价结果，以法的形式认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）

与生物乙醇相比，生物丁醇具有如下优点：

（1） 生物丁醇燃烧效率高于生物乙醇，与汽油混合时无需调整发动机。

乙醇的燃烧热只有汽油的 2/3，而丁醇的燃烧热几乎与汽油相当，因此丁醇的燃费性能优于乙醇。另外，汽油中混合10%以上的生物乙醇时，需要高速发动机，而汽油中混合丁醇时即使提高与汽油的混合比例，也没有必要调整发动机[4]。以美国的标准，乙醇在汽油中的混合比率最高为10%，而丁醇的混合比例可达到16%[5]。

（2）丁醇的亲水性弱，腐蚀性小，适合在现有的汽油供应和分销系统应用

乙醇在水中的溶解度大，并有腐蚀的倾向，因此对乙醇与汽油进行调和时必须使用汽车槽车、铁路贮罐等。相反，丁醇在水中的溶解度只有17%，亲水性弱，且丁醇的蒸汽压低，腐蚀性小，可用管道输送，不需要在分销终端进行调和，可用现有的加油站系统无需进行改造，更适合在现有的汽油供应和分销系统中应用。

（3）丁醇与汽油的配伍性更好，能够与汽油达到更高的混合比。

生物丁醇在替代石油方面尤其有优势。汽油中的主要组成是 C6～C8，因此丁醇比乙醇更类似于“油”，它与燃料添加剂和润滑油配伍性更好。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16%[6]。

2 生物丁醇的开发动向[7]

作为涂料及合成橡胶的原料使用的丁醇，目前在石油化学工业中由乙烯合成，但是在1960年以前则通过丙酮·丁醇菌使甜菜、玉米发酵而制得。之后，被具有成本优势的石油化学方法所取代。但是，随着原油价格的上涨及环境问题的出现，对通过丙酮·丁醇发酵方法生产生物丁醇的方法有了新的认识。近年来技术开发的中心是，通过基因重组等方法开发效率高于丙酮·丁醇菌的发酵菌及发酵技术。

2.1 淀粉原料批量生产生物丁醇的技术开发动向

生产生物丁醇可使用的原料，有甜菜、甘蔗中所含的糖，玉米、小麦中所含的淀粉或纤维素类生物质。其中，以淀粉为原料生产生物丁醇的技术相对而言最为成熟，目前为进行商业化生产而进行的活动非常活跃。

① DuPont 公司与 BP 公司的生物丁醇的生产计划[8-10]

DuPont 公司的丁醇开发动向如下：

2009年成立Butamax™ 先进的生物燃料公司

这是一家与 BP合资的技术管理公司，总部设在特拉华州威尔明顿。除了对为了丁醇市场而进行的研究开发以外，还负责向生产公司提供技术。

与BP公司共同开发中的生产验证装置于2010年第3季度运转。

本装置由Kingston Research公司（DuPont公司与BP公司共同创立）在位于英格兰东北部Hull的BP公司的化学工厂区域内建设。

Butamax™ 先进的生物燃料公司已经在实验室完成生物丁醇的各种试验，并完成了行车试验。

此外，由BP公司、DuPont 公司及British Sugar公司共同出资的Vivergo Fuels公司，在位于Hull的BP公司的工厂区域内正在建设以小麦的淀粉为原料的年产1.1亿加仑的乙醇商业生产装置，计划于2011年完成。建设完成后，用于生产丁醇，计划于2012——2013年开始商业化生产丁醇。然后，从2013年开始向全球市场提供制造技术。

② Gevo 公司的生物丁醇批量生产计划[7]

总部位于科罗拉多州 Englewood的 Gevo 公司成立于2005年，从加州大学洛杉矶分校（UCLA）引进基因重组技术开发了由生物质选择性地生产异丁醇的技术。异丁醇除了可作为生物燃料使用以外，还可期待作为化学产品的原料使用。

Gevo公司的宗旨是通过对现有乙醇生产装置进行小规模的改造尽早地、低成本地进行丁醇的商业化生产。2009年，Gevo 公司与对很多乙醇生产装置进行设计、施工的工程公司ICM公司共同对明尼苏达州的ICM的乙醇生产装置（年产100万加仑）成功地进行了改造，目的是转用于生产丁醇。

2010年 8月，还签订了从生产乙醇的Agri-Energy购买生产能力为1 800万加仑/年的乙醇生产设备的协议。然后，为了收购下一个乙醇生产设备，以发行新股票的方式进行了融资。

2.2 开发中的纤维素类生物丁醇生产技术

以纤维素类生物质为原料的生物丁醇尚处于研究开发阶段，2010年 1月美国加利福利亚州的Cobalt Technologies 公司公开了纤维素类生物丁醇的验证生产设备。2010年8月，Cobalt Technologies公司与美国大型工程公司 Fluor公司签署了与生物丁醇生产技术相关的伙伴关系协议。

2010年8月，日本的出光兴产与财团法人.地球环境产业技术研究机构（RITE）发表了共同开发比生物乙醇效率更高的生物丁醇的批量生产技术，引起人们的关注。该技术以稻草等为原料，利用转基因细菌进行丁醇的生产[11]。

据披露，该技术以稻草等植物纤维为原料，利用RITE 开发的基因重组菌生产生物丁醇，计划于2013 年建设实验装置，2020年由1 吨植物生产300公升的生物丁醇[12]。

[1] 王丹,林建强,张潇,等. 直接生物转化纤维素类资源生产然料乙醇的研究进展[J]. 山东农业大学学报(自然科学版)，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．石油企業や大学が模索するバイオ燃料研究開発の別の道筋(米国)[R].2008-06-04．

[7] JPEC. 米国バイオ燃料事情（第3回）(～ブタノールの市場導入に向けた動き～)[R]. JPEC 海外石油 情報（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.化学工業日.[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、地球環境産業技術研究機構が開発[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

宋锦玉（1963-），女，辽宁抚顺人，高级工程师，1985年毕业于抚顺石油学院石油加工专业，从事情报调研及编辑工作。E-mail：sjy631122@163.com，电话：0413-6865105-801。