以可再生、植物基化学品替代石油衍生化学品，是从化石能源经济向可持续环保型经济过渡的重要举措。然而，将新技术或未经验证的技术集成到现有工业系统存在较大风险。eurekalert.org网站5月3日报道，《能源和环境科学》杂志发文称，美国威斯康星大学麦迪逊分校公布了一种高效、经济可行的生产羟甲基糠醛（HMF）的方法。该工艺步骤简单，与现有玉米糖浆行业的基础设施兼容性较好。威斯康星大学麦迪逊分校化学与生物工程研究生、项目负责人Ali Hussain Motagamwala表示：“我们的方法融入了现有流程，这使得初始风险大大降低。”
HMF可用于制造多种化学品、塑料和燃料。由于HMF的衍生产品已经有了成熟的市场，其商业化颇具吸引力。例如，全植物源化学品聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一种用于制造塑料瓶和食品包装袋的常用塑料。可口可乐、达能和巴斯夫等商业巨头均已开始投资生产呋喃二甲酸（FA）。FA是一种HMF衍生的全生物基塑料制品原料。然而，HMF的使用受到其高生产成本的限制：因生产工艺规模等原因，生物基塑料比化石基塑料贵得多。Motagamwala说：“人们需要可持续替代品，但现有生物基产品并不具备很强的成本竞争力。”威大麦迪逊分校化学与生物工程教授、论文作者James A. Dumesic一直致力于利用生物衍生糖可持续、经济性生产HMF的研究。他说：“多年来，虽然我们已经认识到HMF是一种具有巨大潜力的平台分子，但如何利用可持续碳水化合物资源经济地生产HMF一直是巨大的挑战。我们早期的工作重点是利用特殊的溶剂体系和果糖生产HMF。”
溶剂法生产HMF虽然产量较高，但随之产生的问题不可忽视。Motagamwala解释说：“一般来讲，溶剂本身就很昂贵。溶剂和产品的分离成本更是天文数字。我们发现了一种廉价的易分离溶剂体系，可以使HMF的产率达到95%。”该团队使用了丙酮-水体系，在稳定的固体酸催化下，可以让果糖脱水形成HMF。Motagamwala补充说：“新工艺最大的优点在于，单元操作都很简单，并且是行业成熟的工艺。这意味着风险是很低的。”研究人员的经济性评估结果显示，按每吨1710美元的HMF最低售价计算，投资回报率可达到25%。原料成本作为决定价格的最大因素也无需过度担忧——当玉米糖浆行业供过于求时，该行业可以将过剩的果糖作为单独的高价值产品分流至HMF生产中。
研究人员还展示了使用果糖工艺，用葡萄糖作原料生产HMF的工艺。葡萄糖很容易从生物质中得到，成本比果糖更低，来源更丰富。但利用葡萄糖生产HMF需要额外的处理步骤和基础设施。Motagamwala说：“证明果糖-HMF转化技术的可行性是第一步。我们的长期目标是实现葡萄糖-HMF的低成本转化。”
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编译：雷鑫宇
审稿：三水
责编：唐林芳
期刊来源：《能源和环境科学》
期刊编号：1754-5692
原文链接：
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-05/uow-ipm050319.php
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