全球化工“绿色”盎然

宋玉春

在过去的十年中，人们在改变化学工业发展理念和政府对待污染防治的态度方面获得了巨大进展，而且已经触及到绿色化工。事实上，由于绿色化工的诱人前景作为发展动力，全球化学工业逐步变绿将成为不可阻挡的发展趋势。

作为美国化工协会绿色化工研究所所长和白宫科学技术政策办公厅环境委员会前任主任助理，Paul Anastas早就是一位绿色化工技术的杰出代表之一，并且是1997年美国环境保护署设立总统绿色化工挑战奖的主要推动者。2007年1月，在耶路大学的绿色化工和绿色工程中心的开幕仪式上，Anastas将绿色化工定义为能够降低或者消除有毒物质的产品或者工艺。

但是如果将污染防治作为绿色化工的原始目标，那么Anastas以及象他一样的研究者的努力就失去了应用的意义。2006年美国总统绿色化工挑战奖获得者包括密苏里大学化学工程教授Galen Suppes。Galen Suppes成功开发了将甘油转变为丙二醇催化工艺。这将有助于生物柴油工业的发展。

生物柴油

生物柴油的经济性强烈依赖于从植物油中通过酯交换制备生物柴油时的副产物甘油的市场状况。美国生物柴油工业预计将向市场投放10亿磅甘油，但是目前美国甘油市场的年均需求量仅为6亿磅。因此，生物柴油工业亟需为其副产品甘油寻求新的高附加值的应用。丙二醇可代替乙二醇用于防冻和其他应用领域，而且毒性更低。Suppes表示，用甘油制备丙二醇可降低生物柴油的生产成本多达0.40美元/加仑。

Suppes此次获得美国总统绿色化工挑战奖的工艺采用一种新型铬酸铜作为催化剂。该工艺采用反应性精馏，反应温度和压力较低，转化率较高而副产物较少。该工艺还可用于将甘油转变成乙缩醛或者羟基丙酮。羟基丙酮是一种生产多元醇的中间体。如果从石油中炼制，乙缩醛的生产成本大约为5美元/磅，从而限制了其广泛应用。然而，使用生物质源的甘油制备乙缩醛则可降低生产成本，最多可降至0.5美元/磅，从而为甘油开拓出新的应用市场，也促进了生物柴油的生产及其经济性的提高。

其他研究者也探索将甘油催化反应生成丙二醇的新途径。在美国能源部（DOE）高效能源与可再生能源办公室的赞助下，密歇根国立大学和西北太平洋国家实验室（PNNL）的研究人员正在开发一种用于整体工艺的催化剂。该课题组由西北太平洋国家实验室的John Holladay带领，已经采用高通量组合技术筛选了4000种可能的催化剂。该课题下阶段将延至2008年，主要研究项目涉及反应评价和中试级评价，最终目的是进行商业化生产设计。

与此同时，生物材料生产巨头卡吉尔（Cargill）公司正在组建一家新公司。该公司采用专利技术利用可再生原料生产丙二醇。与其他可再生和不可再生工艺路线相比，该公司采用的工艺技术产率更高，副产物更少，因而生产效率得到了极大的提高。卡吉尔公司工业生物产品部高级主任Jim Stoppert表示该公司的生物柴油工厂已经开始出售甘油，并且通过其自身的供应链条和其他渠道已经向世界级的丙二醇生产商开始供应足够多的甘油。该公司坚信可以实现可再生的极具价格竞争力的丙二醇的工业化生产。这将引起全球化学工业的瞩目。应用试验表明卡吉尔公司生产的甘油可以供下游企业直接使用，无须再进行处理。卡吉尔公司预计该产品的市场前景十分光明。

生物乙醇

尽管生物柴油名声大噪，但是绿色燃料技术对世界的最大冲击恐怕还是生物乙醇成为汽油的替代品。目前，美国生物乙醇的产量约为40亿加仑/年，大部分是采用玉米为原料。然而，美国工业界对开发利用包括非食物可再生生物质材料在内的有机原料生产生物乙醇的生物炼油厂的兴趣正在快速增加。

目前现有的生物技术是利用酶催化剂将生物质能物质转变为可发酵葡萄糖。根据美国生物技术工业组织的统计，美国每年利用农作物副产品（如玉米秸秆、甘蔗渣、麦秸和稻草等）生产70亿加仑纤维素乙醇。美国生物技术工业组织主席Jim Greenwood指出按照目前生物炼油厂的发展速度计算，到2015年美国交通燃料中25％将来自生物炼油厂。

但是，生物乙醇工业仍然羽翼未丰。尽管如此，生物乙醇的概念已经在全世界得到了认可。2004年，加拿大爱洁公司（Iogen）在渥太华建成了一座40吨/天的示范装置。这是世界第一座准商业级纤维素乙醇的生产装置。该装置可以每天处理40吨生物质原材料（如小麦、燕麦和大麦等的秸秆），然后通过酶催化将纤维素转变为葡萄糖用于发酵生产乙醇，每年可生产3百万升乙醇。

世界首座真正的商业化生物乙醇工厂是Abengoa生物能源公司在西班牙Babilfuente建设的5百万升/年的生物乙醇生产厂。该厂每天利用70吨农作物副产品作为原料。在此基础上，为了利用该厂的基础设施，该公司又在附件建设了一座更大的生产能力为195百万升/年的乙醇生产厂。世界第二大生物乙醇生产商Abengoa公司在其新厂采用一些最新技术，其中包括一套加拿大天然有机食品供应商SunOpta公司的提供的连续预处理系统、丹麦诺维信（Novozymes）公司提供的新型催化酶。

2006年6月，SunOpta公司和诺维信公司和中国黑龙江华润酒精集团公司（CRAC）签订了一份合同，为其在黑龙江省肇东市建设一座纤维素酒精示范工厂。华润酒精集团公司的发展目标是到2007年底建成一座170万加仑/年的乙醇生产厂，到2012年将乙醇生产能力提高至330百万加仑/年。

另一座在建的纤维素乙醇工厂是在美国加利福尼亚州Orange建设的一座30百万升/年的生产厂。该厂将采用美国Arkenol公司的工艺技术。该工厂由日本JGG