Каталитическое преобразование биомассы в биотопливо

Биомасса привлекает значительное внимание как устойчивое сырьё, способное заменить исчерпающиеся ископаемые виды топлива для производства энергии, особенно в транспортном секторе. Общая стратегия производства углеводородного топлива из биомассы заключается в (i) снижении значительного содержания кислорода в исходном сырье для повышения энергоёмкости и (ii) создании C–C-связей между продуктами переработки биомассы для увеличения молекулярной массы конечного углеводородного продукта. В начале обзора даётся краткий обзор биотоплива первого поколения, в частности биоэтанола и биодизеля. Рассматриваются последствия использования крахмалистого сырья и триглицеридов из традиционных пищевых культур, а также приводится обзор технологий второго поколения для переработки основных компонентов более распространённой лигноцеллюлозной биомассы, таких как термохимические маршруты (газификация, пиролиз, лиофикация/ликвификация), которые напрямую преобразуют цельную лигноцеллюлозу в платформы, пригодные для улучшения (например, синтез-газ и био‑нефть). Основное внимание в обзоре уделено каталитическим стратегиям производства биотоплива из водных растворов углеводов, выделяемых в результате предобработки биомассы и гидролиза. Хотя платформы на основе гидролиза связаны с более высокими начальными затратами, обусловленными предобработкой и гидролизом, водные растворы соединений, полученных из биомассы, можно селективно перерабатывать для получения углеводородов с заданной молекулярной массой и структурой. Например, сахара могут использоваться как сырьё для риформинга для производства возобновляемого водорода, либо их можно дегидратировать с получением фурфурола или левулиновой кислоты. Для каждой из рассмотренных платформ предложены соответствующие стратегии формирования C–C‑связей, такие как альдольная конденсация кетонов и олигомеризация алкенов, что позволяет получать углеводороды фракций бензина, авиационного керосина и дизельного топлива. Наконец, рассматривается важность водорода в биорафинировании и обсуждаются стратегии управления его потреблением для обеспечения независимости от ископаемых видов топлива.