深入：生物乙醇如何转化为可持续航空燃料

来源：新能源网

时间：2026-01-21 10:00:36

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甲醇和乙醇转化为碳氢化合物燃料已经有很多年了。德国shbh4咨询公司董事总经理StephenB.Harrison写道，两种主要的途径是甲醇制汽油(MTG)和乙醇制喷气燃料(ETJ)，也称为乙醇制航空煤油(ETK)。较小的甲醇分子是生产汽车用

甲醇和乙醇转化为碳氢化合物燃料已经有很多年了。德国shbh4咨询公司董事总经理StephenB.Harrison写道，两种主要的途径是甲醇制汽油(MTG)和乙醇制喷气燃料(ETJ)，也称为乙醇制航空煤油(ETK)。

较小的甲醇分子是生产汽车用较轻汽油馏分的理想原料。乙醇分子越大，产生的煤油馏分就越重，这是可持续航空燃料(SAF)所需要的。

植物性生物乙醇

传统上，生物乙醇是通过工业规模的含糖液体发酵生产的。这个过程基本上与用谷物酿造啤酒，然后将啤酒蒸馏成威士忌相同。

在亚洲和美洲，最广泛用于生物乙醇生产的作物是玉米和甘蔗。水稻、高粱和木薯也被少量使用。在欧洲，这些作物通常被小麦和甜菜所取代。

考虑到这些作物，很明显，农业用地和粮食作物正在转向生产生物燃料，作为负担得起的能源载体。在全球范围内，这些营养商品的价格因其作为燃料的竞争性用途而上涨。对富人来说，一公斤小麦或大米价格上涨几美分不会让一个家庭陷入饥饿。对于贫困国家来说，情况并非如此。

对可持续乙醇的替代非食物来源的需求是全球迫切需要的。而且，如果它也可以从工业排放中产生，这肯定是一个双赢的局面。

从回收的碳中提取工业乙醇

美国LanzaTech公司利用发酵罐中的厌氧醋酸杆菌将富含一氧化碳(CO)的原料气体(如合成气)转化为乙醇和一系列生化物质。术语CCT或“碳捕获和转化”已被用于描述LanzaTech发酵过程。

LanzaTech发酵罐的理想原料是CO(一氧化碳)丰富的。生物质气化产生的合成气富含CO，是LanzaTech工艺的理想原料。

炼铁和炼钢也会产生富CO的烟气。高炉气(BFG)含有20%的CO，转炉气(也称为碱性氧炉气或BOFG)含有60%的CO。

目前，能源丰富的BOFG(LHV3kWh/Nm3)经常通过炼钢设备上的燃气发动机获取热能或电力。BFG含有较少的CO(LHV0.9kWh/Nm3)，能量值较低。它也可以用于热和发电，或者被送到火炬燃烧掉。

作为发电或燃烧的替代方案，在LanzaTech过程中利用BFG和BOFG产生乙醇。随后，免费的LanzaJet工艺可用于在其专有的ETJ工艺中将乙醇转化为SAF。

生命周期分析

LanzaTech生物反应器利用合成气中的CO在发酵罐中培养细菌生物质。一些气体从发酵罐中排放出来。来自发酵罐的生物质随后在单独的厌氧污泥消化器中转化为生物甲烷。这种能量丰富的生物甲烷被用来充分燃烧主发酵罐，将气体转化为二氧化碳。这些二氧化碳要么被排放到空气中，要么被捕获。

LanzaTech工艺的生命周期分析(LCA)表明，二氧化碳排放量的减少主要是由于用从发酵液中回收的乙醇或其他副产品生产的生物材料取代了化石燃料或原油衍生塑料。

LanzaTechLCA的另一个组成部分是考虑原料(如炼铁和炼钢烟气)是否燃烧或利用。如果它们被燃烧，将它们回收和转化为乙醇可以获得显著的环境效益。然而，如果它们被用来制造热能和电力，它们已经避免了化石燃料的使用，并且LCA的总体二氧化碳减排量也减少了。

成功扩大规模

2008年，LanzaTech的工艺在中试规模上进行了演示，使用的烟气来自新西兰格兰布鲁克的BlueScope钢厂。从那时起，LanzaTech已经成功地在宝钢上海和首钢曹妃甸的两个300吨/年示范设施中部署了其技术。这些LanzaTech发酵罐使用一系列钢铁制造废气，包括BOFG，BFG和焦炉气(COG)。

LanzaTech还在乔治亚州的索伯顿经营FreedomPines生物精炼厂，使用生物发酵罐生产乙醇和其他化学品。LanzaJetETJSAF生产工艺也在该工厂实施。

乙醇脱水生产煤油的过程

乙醇是由两个碳原子构成的醇。作为醇，它含有一个氧原子。另一方面，煤油是一种长链烷烃，有10到14个碳原子，不含氧。

将乙醇转化为煤油分两个阶段进行。第一种是将乙醇脱水成乙烯。这有效地去除了氧原子，并在两个碳原子之间建立了一个高活性的双键连接。

采用沸石型催化剂(如H-ZSM-5)在250~300℃之间进行脱水反应。低压操作有利于气态乙烯的生产。这个反应需要很高的热输入。这是过程中的寄生负荷，它消耗原料的一些能量使其转化为煤油。

乙烯寡聚

乙醇脱水产生的乙烯就像一个老鼠夹，等待着打开。当两个碳原子之间的双键断裂时，它会伸出另一个乙烯分子来构建丁烯，这是一种包含四个碳原子的更长碳氢化合物。

乙烯到丁烯的转化是在镍基催化剂上进行的，并释放出大量的热量，这可以支持脱水反应。

丁烯还含有一个高活性的碳双键。当几个丁烯分子结合时，在聚合反应中产生了很长的碳氢化合物。如果这个反应继续下去，产物将是聚乙烯，一种塑料聚合物。为了生产煤油，反应必须开始，然后停止。这种部分聚合称为寡聚化。

使用另一种沸石催化剂如ZSM-5进行低聚反应。如果在高温下进行，可以产生煤油的支链异构体。这是可取的，因为它们允许燃料在低温下使用(如在高海拔地区)而不会冻结。

加氢处理和分馏

通过寡聚反应生产的合成原油可能仍含有一些乙醇原料残留的氧原子。必须除去这些，以防止处理和储存煤油的材料腐蚀，并防止燃料聚合。