米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）功能化学研究部[研究部主任 Dai Kitamoto] 生物基材料化学组 Toshiaki Hanaoka，首席研究员，Shinji Fujimoto，首席研究员是造纸过程的副产品木质素的液体黑液)1,3-丁二烯(1,3-BD)的工艺。
石脑油起源乙烯的产量减少，副产物1,3-BD的供应可能会减少。另一方面，从防止全球变暖的角度来看，需要从石油转向生物质作为原料，并且需要一种由生物质合成1，3-BD的方法。这次，我们以造纸过程中的副产品木质素为研究对象，模拟了多个过程，通过气化高效合成1,3-BD。结果，二甲醚的路线(DME)的产量最高，如果1,3-BD的分销价格超过一定水平，可以预期获得高额利润。
这个过程的详细信息可以在美国科学杂志《》中找到能源与燃料」（T。 Hanaoka, S Fujimoto 等人., 能量。燃料., 2017, 31，12965–12976），以及荷兰科学杂志“可再生能源」（T。 Hanaoka, S Fujimoto 等人., 续订。能量。 DOI：101016/jrenene201809050) 已发布。它还将于 2019 年 1 月 16 日至 17 日在东广岛艺术文化会馆 Kurara（广岛县东广岛市）举行的第 14 届生物质科学会议上发表。
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| 本研究提出的从木质素到1,3-BD的转化路线以及传统的1,3-BD生产路线 |
C4 化学品的1,3-BD作为高通用性橡胶和树脂的原材料具有广泛的用途，随着运输设备的轻量化，预计未来需求将会增加。目前，C4化学品主要作为从石油石脑油合成乙烯时的副产品获得。然而，在日本，人们担心由于乙烯工厂规模缩小，C4化学品的供应将下降。另一方面，在海外，近年来，页岩气源自10403_10561|的乙烯生产然而，由于页岩气的主要成分是甲烷，因此在乙烯生产过程中很难生产作为副产品的C4化学品。因此，全球范围内存在对C4化学品供应下降、价格上涨的担忧。例如，近年来，1,3-BD的分销价格一直在上涨，在1,500至3,000美元/吨之间波动较大。
同时，从防止全球变暖的角度来看，生物质衍生化学品的生产技术的开发正在引起人们的关注。其中，造纸过程的副产品木质素是生物质资源之一，人们一直在寻求有效利用它的技术。然而，木质素结构复杂，难以转化为单一产品，因此尚未发现明确的用途。
迄今为止，关于木质素在化学产品中的应用的研究主要集中在利用其结构的酚醛树脂等应用上。例如，AIST 报道了木质素在汽车内外饰件中的使用 (2018 年 10 月 23 日 AIST 新闻稿）。另一方面，在 AIST，木材生物质合成气来自燃料和各种基本化学品特别是，与其他生物质原料相比，木质素具有较高的碳含量，并且2由于更容易产生CO，因此可以高收率获得合成气。因此，在本研究中，我们构思了一种通过合成气气化木质素并合成1,3-BD的工艺，并通过模拟对其效率（利润）进行了研究。
首先，通过(1)通过DME、(2)直接合成、(3)生产木质素气化获得的合成气甲醇通过n-丁烯后合成 1,3-BD 的三种方法。 （图1）。当每个化学反应的产率达到理论值（理想情况）时，计算该过程的利润。结果如图1所示，发现通过DME的工艺具有最高的1,3-BD收率，并且如果1,3-BD价格设定在当前1500美元/吨的水平，则预计是经济的。此外，这个过程发现，通过利用甲烷等未反应的可燃气体发电，还增加了额外的售电收入，使利润增加了50%以上。
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| 图1 1,3-BD合成过程的模拟结果和木质素的利润 |
当前的造纸工艺会产生含有木质素的液体（黑液）的副产品，其中大部分用作发电和供热的原料。因此，我们比较了使用木质素进行全面发电以及使用木质素通过 DME 进行 1,3-BD 合成工艺的优势。假设1,3-BD合成工艺中的未反应气体将用于发电，该技术已经成熟。这里，电力的销售价格是固定价格购买系统下使用时，成本分别为017美元/kWh和013美元/kWh（按1美元=\100换算）。 1,3-BD 价格定为 1500 至 3000 美元/吨（2016 年最高价格）。
图2显示了售电价格和1,3-BD价格对各工序利润的影响。图2（a）和（b）分别显示了黑液和建筑材料废料的售电价格。在(a)中，当1,3-BD价格超过2100美元/吨时，在(b)中，当价格超过1600美元/吨时，很明显，1,3-BD合成工艺的理想情况（产率：14wt%）预计比发电使用更经济。然而，在实际过程中，每个化学反应都会使用催化剂，以使收率更接近理论值。当使用目前可用的催化剂在通过 DME 的工艺中合成 1,3-BD 时（当前案例），收率为 3 wt%，并且预计不会产生经济效益。然而，图 2 显示，随着催化剂性能的提高，效益接近理想情况并超过发电量。换句话说，改进催化剂对于实现经济的1,3-BD合成工艺至关重要。由于预计未来售电价格将下降，1,3-BD价格将上涨，因此认为从含有木质素的液体（黑液）合成1,3-BD的工艺是高度可行的。
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| 图2 售电价格和1,3-BD价格对木质素各工艺利润的影响 |
我们将继续对实现1,3-BD合成工艺的瓶颈催化剂性能进行实验研究，旨在提高1,3-BD收率。同时，我们将利用模拟迭代流程改进，并致力于通过企业合作实现早期商业化。我们还计划研究1,3-BD以外的转化工艺，并设计和提出新的生物质利用工艺。
国立产业技术综合研究所
功能化学研究部，生物基材料化学组
首席研究员 Toshiaki Hanaoka 电子邮件：thanaoka*aistgojp（发送前请将 * 更改为 @。）
功能化学研究部，生物基材料化学组
首席研究员 Shinji Fujimoto 电子邮件：sfujimoto*aistgojp（发送前请将 * 更改为 @。）