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主题：【半原创】生物丁醇 -- 橡树村
家园 【半原创】生物丁醇 听说过生物乙醇的多，听说过生物丁醇的就不多了。
从分子式上来讲，乙醇分子有两个碳，乙醇的那个乙就是这么来的。丁醇呢？分子里面就有四个碳，甲乙丙丁么，化学命名的确是这么回事。
生物乙醇已经轰轰烈烈了，巴西用了好多年，美国也红红火火，怎么又出来了一个生物丁醇呢？
作为车用燃料，丁醇和乙醇相比，还是有很多优点的。
首先讲能量密度，看看一升燃料有多大能量。汽油一般是每升32兆焦，柴油高一些，将近40兆焦，这就是为什么柴油车油耗低，单位体积的能量多么。甲醇每升只有16兆焦，不过是汽油的一半，这就不大好了。乙醇呢，19。6兆焦，比甲醇好一些，但是还是比汽油少了百分之四十，差不少事呢。
丁醇就好多了，每升29。2兆焦，比汽油低10%的样子。这样的差距就不大明显了。目前掺丁醇对于油耗的影响基本上还是在实验当中，但是一般在能量密度只相差10%的情况下，油耗影响应该也不大的。其他研究说在这个差距比例上，能量密度因素对油耗已经没什么影响了。
还有什么好处呢？丁醇在水里面溶解没有乙醇在水里面好，这样，当油里面有水的时候，乙醇很容易就跑到水里面去了，丁醇就没这么容易。丁醇的腐蚀性也没有乙醇这么高，乙醇不能用管道运输的，只能用铁路公路，丁醇就可以，这样就很方便输送。
丁醇的辛烷值比汽油好。正丁醇的辛烷值可以达到96，异丁醇可以达到105。不过这比不上乙醇。乙醇的辛烷值是129，甲醇的辛烷值是136。丁醇的辛烷值也够用了。异丁醇由于凝固点太高，只有25。5摄氏度，用量不能大，可以用作添加剂，作为燃料就差一些了。所以一般都考虑正丁醇。辛烷值高
油，在汽油发动机里面更容易控制，从而可以提高能量效率。所以辛烷值高是比较好的。
油在进入气缸的时候是需要气化的。气化需要的能量的大小就决定了油是否容易被气化。越容易被气化，点火就越容易。汽油的气化能量是每千克0。36兆焦，比较容易气化。乙醇的气化能是0。92兆焦，高了两倍多，甲醇的是1。2兆焦。丁醇只有0。43兆焦，比较接近汽油了，所以这也是丁醇相对于乙醇的优点。
虽然气化热低，但是丁醇的挥发性要比乙醇差很多。这样，夏天的时候，就不会损失很多。挥发地少，在很炎热的地方，丁醇也可以使用。
醇类染料的分子是含氧的，这样燃烧时需要的空气比例就和汽油有所区别。现在的车的空气燃料比例是可以在一定范围内调节的，但是调解有一个范围。这样，要使得醇类染料可以参杂在汽油中使用，同时不改变车的设置，就需要限制掺入的醇的量。燃料含氧比例越高，可以掺加的比例就越低。丁醇含氧比乙醇低，在这一点上就有优势。
理论上讲，在不对发动机进行大的改动的条件下，丁醇可以完全替代汽油，乙醇就不行了，只能最多掺加85%的乙醇，然后就需要换发动机了。
现在一般讲生物乙醇，掺杂的比例是10%。丁醇大约掺加16%是没问题的。这就增加了生物能源的比例么。
看起来丁醇还是比乙醇好不少的。生产方便么？目前丁醇主要是从石化来的。这么说不就不是可持续性能源了么？现在生物乙醇的生产方法是发酵，丁醇也可以的。实际上在石油便宜之前，丁醇就是生物法得到的。目前最成熟的丁醇生产方法使用的原料和乙醇都一样的，只不过使用的微生物不同，都是用什么甜菜呀，甘蔗呀，玉米，麦子之类的。所以工艺上差不多，设备都可以套用，需要做不大的改动就好了。
当然了，现在美国闹生物乙醇闹的，玉米涨了不少钱了，害得饲料涨价，结果肉也涨钱，一大堆连锁反应，再用玉米生产丁醇，肉价不知道要涨到多少。丁醇也可以用纤维素合成，就是什么秸秆呀之类的，只不过技术还不成熟。如果可行，那么生产丁醇就不会和人抢粮食了。
当然，醇类燃料也是有很多问题的。和乙醇一样，有一些车是用不了醇类燃料的，对损害供油系统。丁醇的黏度比较高，对于燃料系统也有负面影响，可能需要使用一些在柴油系统中使用的部件。丁醇的辛烷值比甲醇乙醇低，也影响了压缩比，在能量利用效率上，也吃一些亏。不过这些问题，都是可以解决的问题。
丁醇好，为什么很少有人提起呢？丁醇贵呀。目前丁醇的散装价格是每加仑3。7美元，这还是大宗交易的价格。弄到加油站，价格还不知道要多少？所以丁醇现在还不能普及。现在有很多人在研究如果降低丁醇的生产成本。杜邦和BP在一起在英国建立了一个公司，就专门干这个的，说是其产品的经济性也是不错的。美国也有一家公司声称可能可以在每加仑0。85美元的价格上提供丁醇，那么就很有竞争力了，这还没计算副产物氢气什么的所带来的价值呢。
所以呢，估计很快，生物丁醇就会热起来了。
关于替代能源的文章：
本帖一共被 12 帖 引用 (帖内工具实现)家园 补充兼纠正部分贴子的误区 本来我也想写一片生物丁醇的文章的，看楼主写的实在不错。就罢了。
在这呢，我补充纠正几点。
一·生物丁醇发酵的难点在于如何多产正丁醇，少产异丁醇。为什麽，请细看楼主文章。
二·生物燃料不能与大化工比效率，要不是石油危机，谁搞这玩意呢。
三·丁醇与水互溶性很差，且有密度差，对分离很有好处，远比乙醇为优，甚至于有可能发酵分离连续性操作。
四·真正的大发酵生产，除非建在榨糖厂旁边的，没有用生物废料为主的。
五·生物燃料有两点意义，一是替代石油，二是与人类争夺淀粉，植物油，推高粮食价格，好让地球多饿死点人。在这个过程中，受益最大几个主要国家是美国，加拿大，巴西，阿根廷，澳大利亚。或许还有俄罗斯。
通宝推：重耳,家园 好文, 花之. 家园 写的很清楚 重温了村长的老贴，写的确实很不错！长见识！送花
家园 借贴问一下 既然乙醇的能量密度只有汽油的60%左右，但为什么，在几个月前看到了consumer report上面有个用Tahoe(貌似是这个车，如果不是，也肯定是large SUV)，做的用E85和汽油的对比，E85用了85%的酒精。但是每百公里油耗好像也只多了一升不到，而且加速度还有提高。就算是辛烷值高了30%，气化能高了两倍多，毕竟能量放在那里呢，加速确实快了零点几秒，但是这里面的能量到底怎么事呢？
家园 丁醇的生产 最经济的法子还不是用微生物来发酵。化工产品的规模效应和经济效应，都比生物发酵要高了不知道多少倍。
乙醇发酵比较简单一些，丁醇发酵就相对复杂得多。为什么呢？因为丁醇的发酵属于次级代谢。次级代谢，是区别于初级代谢而来的。生物的通用能量储存物质是葡萄糖，无论是动物、植物、微生物，绝大多数的有机物，如果用来产生能量的话，都是通过葡萄糖的通路来进行的。多糖，比如说纤维素、几丁质（就是螃蟹壳、虾壳，以及昆虫的外骨骼），淀粉；寡糖，比如说蔗糖；单糖，比如说果糖，葡萄糖，木糖，等等，都是必须通过这个葡萄糖通路来完成讲解产生能量的过程。凡是可以有这个通路来直接产生，或者稍微变化一下就能产生的，统称为初级代谢产物。
而那些简单的零敲碎打变不出来的，只好通过其他的途径，拐弯抹角的生产出来的，统称为次级代谢产物。这类大家熟悉的，就是抗生素。丁醇也属于次级代谢产物。既然经过了拐弯抹角，那么效率上就要低得多。跟乙醇发酵可以拿到30%以上的产率（产出物质与投入物质的质量比）来比，丁醇的最高产率只有5-6%。这是十年前的数据了。但是理论上，这个产率最高也只有10%多一点。
丁醇发酵，全世界搞得最好的，是日本。从50年代开始，日本的丁醇发酵的规模和产率，一直都是世界第一的。后来因为石化产品的竞争，很多年没有听说有大规模的丁醇生产厂家了。
与乙醇生产不同，丁醇生产的流程，工艺和设备都要复杂得多。因为酒精酵母经过几千年的筛选，可以产生浓度极高的酒精，再加上本身快速的繁殖能力，酒精酵母生产的无菌操作，并不是绝对严格的。而且，酒精酵母发酵时候，直接进行初级代谢，在无氧的状态下，把无法氧化的中间产物转化为酒精。所以，酒精酵母可以把最终的生长液中的酒精含量提高到20%以上，以至于连酵母本身都无法存活。这样，在发酵后期，等营养物质消耗得差不多的时候，就可以直接停止降温和通氧。让酵母自己把发酵罐给加热到50摄氏度以上，把所有的具体和微生物都杀死。
而丁醇属于次级代谢，就先需要把生产菌株给喂饱了。然后逐步控制生长条件，让菌株从单纯生长向转化丁醇方面转化。这个需要极其细微的条件控制，不能把菌株给喂饱了，也不能饿着，不能通太多的氧，因为会完全氧化成二氧化碳的，也不能太少，稍微不注意，菌株就自动的产生乙醇了。
所以，乙醇发酵可以把玉米、小麦以及所有的谷物，给磨碎，加高压蒸汽煮成淀粉糊，放凉了加进酵母就行了。而丁醇发酵则必须经过去麸等处理，在发酵中不断的进行营养添加。而发酵中添加营养，在工艺要求上和人员素质。流程管理上，比酒精发酵要高了好几个层次。化工产品的规模效应和经济效应，都比生物发酵要高了不知道多少倍。
所以，生物丁醇，肯定是不会再热起来了。
元宝推荐：爱莲,- 复 丁醇的生产
家园 【原创】生物丁醇的产率和生产成本 传统的发酵生产丁醇的方法，是ABE方法，也就是丙酮(Acetone)，丁醇(Butanol)和乙醇(Ethanol)。
这个方法的收率大约是这样的：
每bushel玉米，可以得到1.3加仑丁醇，0.7加仑丙酮，和0.13加仑乙醇，浓度是1-2%。
比较一下乙醇发酵，同样量的玉米可以生产2.5加仑乙醇，浓度10-15%。
两者相比较，乙醇是最优选择。
不熟悉美国单位？给个换算：
1bushel是35.2升，一液体加仑是3.79升。
1bushel玉米大约是25.4公斤。
这就是说，25.4公斤的玉米，按照ABE方法，可以生产丁醇4.9升，丙酮2.6升，乙醇0.5升。而直接生产乙醇，可以得到9.5升乙醇。
这是十几年前的事情。
现在有途径可以在生产丁醇的过程中不生成乙醇，而是要副产氢气。这个方法，1bushel玉米的丁醇产量可以达到2.5加仑。就是说25.4公斤的玉米可以得到9.5升的丁醇，这样和发酵生产乙醇的方法收率就差不多了，而且工艺也比原来的方法简单了很多，与乙醇生产类似。这样才有经济价值。
我手上的数据，说如果玉米是2.5美元一bushel，那么丁醇的成本是每加仑1.2美元。计算一下加工成本每加仑丁醇就是0.2美元。
按照现在大约每bushel玉米3.4美元，一加仑丁醇就是1.6美元。丁醇密度0.81，这样一吨就是520美元。
不算很差吧？
实际上可以看出，主要成本在原材料上。如果使用生物废料，那么价格就还可以便宜。
因为有应用前景，才会有大公司往里面投钱建厂子。BP和杜邦今年就要建实验厂。
具体技术情况没有透露，可以在专利里面找。
生物丁醇需要多少种植面积呢？
玉米的产量，高高低低的都有，找美国的数字，每英亩150bushel是平均产量。就按这个数字计算。
建一个，年产10万吨丁醇的厂子，需要多大面积的玉米？
10万吨丁醇是12.35万立方米，也就是12350万升，折合3300万加仑。这样就需要1300万bushel玉米，也就是8.7万英亩种植面积。
美国的汽油消耗量现在是多少？一千几百亿加仑？
按照掺加10%丁醇计算，就可以算出来在美国普及丁醇汽油需要的玉米种植面积了。
比如1000亿加仑，那么就需要100亿加仑的丁醇，消耗40亿bushel玉米，要求2600万英亩种植面积。2007年美国的玉米种植面积大约在将近9000万英亩。
只不过美国现在玉米产量才130亿Bushel，已经有七分之一用作了生物乙醇，再用掉四分之一做生物丁醇，玉米就要更贵了。那时候，可能就不合算了。
家园 问个燃料在石油化工中所占份额的问题 能否说说现在每年消耗的的石油或者天然气燃料占每年开采石油和天然气的百分比？
石油燃料包括汽油，柴油，煤油，LPG，天然气等等。比如说每年开采100万吨石油和天然气，其中50%变成燃料烧光了。
家园 给你补充一下 我刚放狗查了一下，你说的基本没错，只是你的产率部分有些含糊不清。我们还是直接用克，和产率百分比来表示好了。
ABE法，也就是直接产物是个混合物，其中包括丙酮(Acetone)，丁醇(Butanol)和乙醇(Ethanol)。按照2004年美国一个实验室规模的报告，这三种的直接收率分别是丙酮，6.2 g/L；乙醇0.37 g/L；丁醇18.3 g/L。换算过来，就是丁醇最终的含量是1.83％。按照3－5％的营养物质的比例来算。这种实验室规模的丁醇产率的极限产率是30％左右。
另外的一种通用的丁醇发酵法，是采用混合菌株。就是橡树村所说的，生产丁醇和氢气的法子。这种方法的理论收率是42％。
但是，有一个地方，橡树村没有注意到。就是这种理论收率不是从玉米开始算起的，而是从发酵糖浆开始算起的。那么玉米跟发酵糖浆的换算关系怎么来得呢？
玉米要经过去胚乳，去皮，（因为这两部分富含色素物质，能够被微生物降解成有毒物质），这就去掉了接近1/5，然后清洗，去芽，只留下富含淀粉、纤维素和半纤维素的可降解成分。通常，一bushel玉米，56磅，只能产生40磅多一点的可降解成分，最后的发酵糖浆只有35磅左右。
如果仅算玉米和丁醇，1 bushel玉米，可以产生14磅左右的丁醇，也就是接近4加仑。目前每bushel玉米的价格，是在4美元左右浮动。也就是说，每加仑丁醇的成本绝对不会少于1美元，这还没有算其他的人工与厂房的成本在内。
上面是说单纯地依靠生物法来生产丁醇，但是，玉米加工过程中，将近一大半的玉米皮和胚乳胚芽，都可以再利用，可以用来生产各种蛋白制品，或者直接用来作为牲畜饲料。发酵完的菌株，可以用来生产牲畜食用的蛋白添加。这些可以进一步的降低丁醇生产的成本。即使这样，如果我们看一下丁醇的市场价格，按照期货交易的成交价，每磅丁醇是80美分左右。每加仑的市场价格在3。5－3。8美元。这个价格，看起来还是很合理的，因为丁醇的成本价格，应该在2元以下。某些厂家所谓的每加仑80美分的说法，我看是近乎无稽之谈。
除非，除非是他们使用玉米生产的下脚料。就是秸秆之类的。用这些物质来生产发酵糖浆，产率跟用玉米的有差距，但是差距不大，玉米的产率是65％－70％，这些下脚料的产率也能够维持在30－45％。而这些下脚料的价格就低多了，每吨不到1000块钱。
最后再说一点，用发酵糖浆，酒精目前工业化的最高产率可以超过50％。就是1000克发酵糖浆可以产生500克酒精。而丁醇工业化的产率，最高只能在40％左右。