1【半原创】生物丁醇 32 橡树村 2007-06-27 04:31:24
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。


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关键词(Tags): 生物能源 生物丁醇
闲看蚂蚁上树 选转。最后于2007-08-16 02:24:54改,共2次;

2好文, 花之. 小炉匠 2008-04-21 21:48:00

2写的很清楚 蓝胡子 2008-03-02 18:21:27
重温了村长的老贴，写的确实很不错！长见识！送花

2借贴问一下 2 鸭绿江 2007-07-04 20:21:00
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？

3解释这个我的知识不够 2 橡树村 2007-07-04 23:38:08
要涉及到发动机本身的很多东西。
不过有个常识，能量密度和油耗没有直接线性关系，发动机毕竟不是这么个简单的燃烧单位。所以最终结果还是要看试验结果。这个说话才算数。
至于解释，河里有没有精通发动机过程的大牛？

2丁醇的生产 9 水风 2007-07-02 23:00:25
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。

最后于2007-07-02 23:08:09改,共1次;

3【原创】生物丁醇的产率和生产成本 5 橡树村 2007-07-04 06:45:20
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。


最后于2007-07-04 11:29:24改,共5次;

4给你补充一下 4 fengshui 2007-07-04 17:14:04
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。

5多谢多谢 3 橡树村 2007-07-04 23:29:43
网站上的资料，毕竟还是有夸大的成分。实验室的结果，放到工业上能实现多少，也是两说着。
每加仑80美分肯定是使用的生物废料的，实际上一旦这个产业形成规模，生物废料也就不便宜了。这个数字基本上也就是吸引投资人哄哄政客的。
不过从这些数字看，丁醇没有想象得这么贵，应该还是值得玩玩的。

6不用玉米，用玉米秆好乐；热带的地方用甘蔗；提炼的时候有污染么？ 丁不二 2008-04-21 15:09:52

3这不是石化太贵了才玩这个么 3 橡树村 2007-07-03 00:06:49
要是石油无穷无尽，环保人士喊破了天，大家也对生物燃料这个没兴趣呀！即使环保，有谁愿意多花十几倍的价格买同样效果的东西？戈尔有那个钱，我可没有。
这些技术都是为石油出现短缺作技术准备的。可竞争不过石化方法。
至于是不是热得起来，要看英国人的决心了。
英国人总是有些新鲜玩意的，欧洲大陆的人搞生物柴油，美国人搞生物乙醇，英国人玩生物丁醇。
今年在爱尔兰就有厂子。到时候看数据吧。
反正见这类厂子现在资金丰裕补贴多多，对于我们这些高技术的，有活干就好。赚不赚钱的，那是资本家的事情，反正赚了钱也不归我。

4是,什么东西都要尝试一下,尤其是对与那些有钱的大公司来说 1 东方海岸线 2007-07-03 22:51:21

5现在大公司搞绿色的东西有很多好处 2 橡树村 2007-07-04 00:36:42
比如提升企业形象，
比如花的钱有相应的免税政策。
比如多少这也算是技术储备
比如真搞成了就可以提高环保门槛限制其他人的生产
既不多花钱又能有诸多好处，何乐而不为呢？

6是的, 很多国际巨头都戴着绿帽子到中国来了 1 东方海岸线 2007-07-04 03:41:54
特别是与资源相关的掠夺,这年头对资源感兴趣的多了, 怎么办? 有人就说了,我们开发你们资源的同时还会给你们绿化环境,或者说,我们的技术好, 不污染环境.这样干的公司不少

7中国吃过不少这类的亏 2 橡树村 2007-07-04 03:48:03
十几年前，某个产品忽然短缺，很多国外厂家停产。于是产品价格猛涨。于是国内大上了一批企业。
结果，刚建成还没开始赚钱，市场味道就不对了，说是所有的产品都需要达到什么什么指标，发达国家几乎在同一时间都对产品的生产方法进行了限制，不达到标准不能进口。
当时国内市场还小，结果中国这些企业全完蛋。

8这个,其实到也不能怨别人 2 东方海岸线 2007-07-04 03:57:10
中国企业的这种一窝蜂的做法是相当严重的,对技术一知半解就开始上马, 资源的重复浪费不说,关键是没有一点市场策略,同类的项目上得太多,大家还没有开工就注定要赔个半死.
不过, 更可气的是那些打着各种旗号赚国家补贴的企业, 前段时间乙醇燃料炒得厉害的时候很多企业都是申请了这个项目,但是自己不做, 专门到一些附近的小企业去收集乙醇卖给国家,赚国家补贴.

9这也很正常，生存压力这么大 1 不是老陈 2007-07-04 11:02:12
中国处于产业链低端，又僧多粥少，有赚钱的可能还不赶紧上，何况市场又不是很规范。那些蜂拥而上者由他们的苦衷。

发达国家有实力、有经验，披着道德的外衣，做起贸易壁垒驾轻就熟。

2无花只有喊了。 1 三笑 2007-06-28 19:18:00
好像南非有个搞煤变油的大公司，而且和神华合资搞了个项目。另外南非的军工也貌似比较发达。橡树兄能不能聊聊呢。