في السنوات الأخيرة، مع زيادة متطلبات حماية البيئة والنمو المستمر في الطلب على الوقود النظيف، ارتفع طلب السوق على وقود الإيثانول بشكل كبير، مما دفع التطور السريع لتقنيات وعمليات إنتاج الإيثانول. يستكشف الباحثون الصينيون بنشاط عمليات وتقنيات إنتاج الإيثانول الجديدة من خلال البحث والتطوير المستمر. تعتمد عمليات إنتاج الإيثانول التقليدية بشكل أساسي على التخمير الحيوي-، بينما تشتمل التقنيات الحديثة على ترطيب الإيثيلين وطرق الهدرجة بالكربونيل- المعتمدة على المواد الأولية C1. من منظور التحويل الكيميائي، تشتمل عمليات إنتاج الإيثانول المتاحة تجاريًا بشكل أساسي على ثلاثة أنواع: تخمير الكتلة الحيوية عن طريق السكريات، وترطيب الإيثيلين، والكربونيل-هدرجة المركبات المحتوية على الأكسجين-.
طريقة تخمير الحبوب
يعد تخمير الحبوب أول طريقة مطورة لإنتاج الإيثانول ولا يزال يستخدم على نطاق واسع، خاصة في إنتاج المشروبات الكحولية. المبدأ الأساسي لهذه الطريقة هو أنه، تحت تأثير عامل التخمير، يتم تحويل الجلوكوز (C6H12O6) إلى إيثانول من خلال سلسلة من العمليات الكيميائية الحيوية مثل الطهي والتسكر. على وجه التحديد، يتم استخدام عامل تسكر (مثل الأحماض أو محفزات الأميليز) لأول مرة لتحويل النشا الموجود في المادة الخام إلى سكريات قابلة للتخمير، والتي يتم استخدامها بعد ذلك لإنتاج الإيثانول من خلال التخمير. في الممارسة الصناعية، تتم معالجة النشا مسبقًا باستخدام إنزيمات تسكر النشا- لتحقيق عملية التسكر، مما يوفر أساسًا للتخمير اللاحق.
طريقة ترطيب الإيثيلين
لتلبية الاحتياجات سريعة التطور لصناعة التخليق العضوي الأساسي، من الضروري استخدام مواد خام غير مكلفة ومتاحة على نطاق واسع لإنتاج الإيثانول. ومن الناحية الصناعية، فإن الطريق الاصطناعي الأكثر أهمية هو طريقة ترطيب الإيثيلين، والتي تنطوي على تفاعل الإيثيلين مع الماء باستخدام الطرق الكيميائية لإنتاج الإيثانول. عادة ما يسمى المنتج الذي يتم الحصول عليه بهذه الطريقة بالإيثانول الاصطناعي، لتمييزه عن الإيثانول المخمر الذي يتم إنتاجه بطرق التخمير التقليدية.
طريقة تخفيض الكربونيل
استنادًا إلى حالة الطور للنظام التحفيزي، تنقسم عملية تحضير الإيثانول عن طريق اختزال كربونيل مركبات الميثوكسي بشكل أساسي إلى فئتين: إحداهما هي العملية التحفيزية المتجانسة التقليدية، والأخرى هي عملية اختزال كربونيل غير متجانس ثنائي ميثيل إيثر، والتي تم تصنيعها في عام 2017. على الرغم من اختلاف الأنظمة الحفزية، إلا أن آليات التفاعل في الطريقتين متسقة، وكلاهما يتضمن خطوتين أساسيتين: أولاً، يتم كربنة مركب الميثوكسي. لتوليد مركب الأسيتيل، ومن ثم يتم اختزال مركب الأسيتيل للحصول على الإيثانول والمنتجات الثانوية المقابلة. الخطوة الأولى، هي توسيع سلسلة الكربون للمركبات المحتوية على أكسجين C1-إلى مركبات تحتوي على أكسجين C2-من خلال تفاعل عملية إضافة الكربونيل، وهو مفتاح العملية بأكملها ويحدد بشكل مباشر الجدوى الفنية والاقتصادية لإنتاج الإيثانول عبر مسارات مختلفة لاختزال عملية إضافة الكربونيل.
الحفز الغازي
يعد الإنتاج التحفيزي المباشر للإيثانول من الغاز الاصطناعي أحد المسارات المهمة لإنتاج الإيثانول المعتمد على الفحم-. تستخدم هذه التقنية الغاز الاصطناعي (CO + H2) كمواد خام، حيث يتم تحويله بشكل مباشر إلى كحول مختلط منخفض الكربون-، بشكل أساسي الإيثانول، تحت تأثير المحفز. تكمن تقنيتها الأساسية في تطوير واختيار المحفزات عالية الأداء-. نظرًا للتركيبة المعقدة للغاز الاصطناعي المعتمد على الفحم-، فإن هذه العملية تفرض متطلبات عالية على قابلية التكيف والاستقرار ومضادة-سمية المحفز. في التطبيقات الصناعية، هناك حاجة إلى محفزات لتحسين تحويل أول أكسيد الكربون وانتقائية الإيثانول.
هدرجة خلات الميثيل
في السنوات الأخيرة، حظيت تكنولوجيا هدرجة أسيتات الميثيل إلى الإيثانول باهتمام واسع النطاق من الباحثين محليًا ودوليًا. يمكن تقسيم المحفزات المستخدمة في هذا التفاعل بشكل أساسي إلى فئتين: إحداهما محفزات تعتمد على المعدن النبيل -، ويمثلها الروثينيوم (Ru)، والروديوم (Rh)، والبلاديوم (Pd)، والبلاتين (Pt)؛ والآخر عبارة عن أنظمة معدنية غير نبيلة-ممثلة بمحفزات أساسها النحاس-.
