甲醇和乙醇轉化為碳氫化合物燃料已經有很多年了。德國shbh4咨詢公司董事總經理Stephen B. Harrison寫道，兩種主要的途徑是甲醇制汽油(MTG)和乙醇制噴氣燃料(ETJ)，也稱為乙醇制航空煤油(ETK)。

較小的甲醇分子是生產汽車用較輕汽油餾分的理想原料。乙醇分子越大，產生的煤油餾分就越重，這是可持續航空燃料(SAF)所需要的。

植物性生物乙醇

傳統上，生物乙醇是通過工業規模的含糖液體發酵生產的。這個過程基本上與用谷物釀造啤酒，然后將啤酒蒸餾成威士忌相同。

在亞洲和美洲，最廣泛用于生物乙醇生產的作物是玉米和甘蔗。水稻、高粱和木薯也被少量使用。在歐洲，這些作物通常被小麥和甜菜所取代。

考慮到這些作物，很明顯，農業用地和糧食作物正在轉向生產生物燃料，作為負擔得起的能源載體。在全球范圍內，這些營養商品的價格因其作為燃料的競爭性用途而上漲。對富人來說，一公斤小麥或大米價格上漲幾美分不會讓一個家庭陷入饑餓。對于貧困國家來說，情況并非如此。

對可持續乙醇的替代非食物來源的需求是全球迫切需要的。而且，如果它也可以從工業排放中產生，這肯定是一個雙贏的局面。

從回收的碳中提取工業乙醇

美國LanzaTech公司利用發酵罐中的厭氧醋酸桿菌將富含一氧化碳(CO)的原料氣體(如合成氣)轉化為乙醇和一系列生化物質。術語CCT或“碳捕獲和轉化”已被用于描述LanzaTech發酵過程。

LanzaTech發酵罐的理想原料是CO(一氧化碳)豐富的。生物質氣化產生的合成氣富含CO，是LanzaTech工藝的理想原料。

煉鐵和煉鋼也會產生富CO的煙氣。高爐氣(BFG)含有20%的CO，轉爐氣(也稱為堿性氧爐氣或BOFG)含有60%的CO。

目前，能源豐富的BOFG (LHV 3 kWh/Nm3)經常通過煉鋼設備上的燃氣發動機獲取熱能或電力。BFG含有較少的CO (LHV 0.9 kWh/Nm3)，能量值較低。它也可以用于熱和發電，或者被送到火炬燃燒掉。

作為發電或燃燒的替代方案，在LanzaTech過程中利用BFG和BOFG產生乙醇。隨后，免費的LanzaJet工藝可用于在其專有的ETJ工藝中將乙醇轉化為SAF。

生命周期分析

LanzaTech生物反應器利用合成氣中的CO在發酵罐中培養細菌生物質。一些氣體從發酵罐中排放出來。來自發酵罐的生物質隨后在單獨的厭氧污泥消化器中轉化為生物甲烷。這種能量豐富的生物甲烷被用來充分燃燒主發酵罐，將氣體轉化為二氧化碳。這些二氧化碳要么被排放到空氣中，要么被捕獲。

LanzaTech工藝的生命周期分析(LCA)表明，二氧化碳排放量的減少主要是由于用從發酵液中回收的乙醇或其他副產品生產的生物材料取代了化石燃料或原油衍生塑料。

LanzaTech LCA的另一個組成部分是考慮原料(如煉鐵和煉鋼煙氣)是否燃燒或利用。如果它們被燃燒，將它們回收和轉化為乙醇可以獲得顯著的環境效益。然而，如果它們被用來制造熱能和電力，它們已經避免了化石燃料的使用，并且LCA的總體二氧化碳減排量也減少了。

成功擴大規模

2008年，LanzaTech的工藝在中試規模上進行了演示，使用的煙氣來自新西蘭格蘭布魯克的BlueScope鋼廠。從那時起，LanzaTech已經成功地在寶鋼上海和首鋼曹妃甸的兩個300噸/年示范設施中部署了其技術。這些LanzaTech發酵罐使用一系列鋼鐵制造廢氣，包括BOFG， BFG和焦爐氣(COG)。

LanzaTech還在喬治亞州的索伯頓經營Freedom Pines生物精煉廠，使用生物發酵罐生產乙醇和其他化學品。LanzaJet ETJ SAF生產工藝也在該工廠實施。

乙醇脫水生產煤油的過程

乙醇是由兩個碳原子構成的醇。作為醇，它含有一個氧原子。另一方面，煤油是一種長鏈烷烴，有10到14個碳原子，不含氧。

將乙醇轉化為煤油分兩個階段進行。第一種是將乙醇脫水成乙烯。這有效地去除了氧原子，并在兩個碳原子之間建立了一個高活性的雙鍵連接。

采用沸石型催化劑(如H-ZSM-5)在250~300℃之間進行脫水反應。低壓操作有利于氣態乙烯的生產。這個反應需要很高的熱輸入。這是過程中的寄生負荷，它消耗原料的一些能量使其轉化為煤油。

乙烯寡聚

乙醇脫水產生的乙烯就像一個老鼠夾，等待著打開。當兩個碳原子之間的雙鍵斷裂時，它會伸出另一個乙烯分子來構建丁烯，這是一種包含四個碳原子的更長碳氫化合物。

乙烯到丁烯的轉化是在鎳基催化劑上進行的，并釋放出大量的熱量，這可以支持脫水反應。

丁烯還含有一個高活性的碳雙鍵。當幾個丁烯分子結合時，在聚合反應中產生了很長的碳氫化合物。如果這個反應繼續下去，產物將是聚乙烯，一種塑料聚合物。為了生產煤油，反應必須開始，然后停止。這種部分聚合稱為寡聚化。

使用另一種沸石催化劑如ZSM-5進行低聚反應。如果在高溫下進行，可以產生煤油的支鏈異構體。這是可取的，因為它們允許燃料在低溫下使用(如在高海拔地區)而不會凍結。

加氫處理和分餾

通過寡聚反應生產的合成原油可能仍含有一些乙醇原料殘留的氧原子。必須除去這些，以防止處理和儲存煤油的材料腐蝕，并防止燃料聚合。

氫與合成物反應，除去氧并將其轉化為水。然后將脫氧合成原油蒸餾成汽油、柴油和煤油等餾分用于SAF。

通過調整工藝條件來生產最有價值的燃料，即可持續航空燃料(SAF)，可以優化經濟效益。

(素材來自：shbh4咨詢公司 全球綠色燃料網、全球生物質能源網、新能源網綜合)