[发明专利]利用来源于海藻类的半乳聚糖的生物燃料的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用来源于海藻类的半乳聚糖的生物燃料的制造方法，特别涉及一种能够易于从可作为海洋系生物量来使用的巨大海藻类提取的半乳聚糖为起始原料，制造能量密度高、吸湿性低的石油代替生物燃料的制造方法。

背景技术

现在，石油资源由于其有限的储藏量和中国等新型发展中国家的出现导致的石油需求量增加的影响，其价格正急剧上涨。而且，在不久的将来极有可能被人们用尽。其作为不可再生的资源，根据国际规约，将会造成莫大的环境费用负担。因此，世界各国为了代替石油资源，做出了各种努力。

作为代替这种不可恢复化石资源的最具现实性解决方案，人们提出能够再生及持续使用的碳水化合物类生物量(biomass)的应用。以美国和巴西等具有宽广耕地的国家为中心，以蔗糖等糖分物质，或者玉米等淀粉质物质为起始原料，经过糖化过程(saccharification)和发酵过程(fermentation)，产业化大量生产生物乙醇，并用作运输用燃料等用途。

生物量大致由如糖分类(甘蔗，糖萝卜等)、淀粉类(玉米，土豆，地瓜等)等用作粮食的农作物系和木质系(树、稻草、废纸等)构成。现在能够从这种生物量获得的多糖类碳源里例如有能够从农作物系供给资源获取的淀粉或者糖分以及能够从木质系供给资源获取的纤维素等。这种多糖类物质通过生物量供给资源的预处理工序获得，通过这种预处理工序获得的淀粉、糖分、纤维素的多糖类物质通过加水分解的糖化过程，转换成六碳糖的葡萄糖或者果糖之后，通过生物发酵工序转换成石油代替燃料或者作为代替物质的乙醇和丁醇。

从生物量资源的应用这一方面考虑，现在完成产业化的生物乙醇由于其能量含量比汽油低75％左右，因此若想作为单一燃料使用，必须改变现有引擎，而且由于其吸湿性大，因此腐蚀引擎或者管道的危险性也大。而且，从葡萄糖经过生物发酵工序时，由于在物质收支(material balance)上来看，1/3的碳源作为二氧化碳来排出，因此该工序从根本上就是非效率性工序。

由于所述原因，作为乙醇的代替方案人们提出n-丁醇。n-丁醇与乙醇相比能量含量高，且吸湿性低，但是需要新的转化成葡萄糖的发酵过程，而这一开发研究目前正在进行中。

为了解决上述问题，作为应用碳水化合物类生物量的另一代替方案而备受关注的是被称为下一代生物燃料的DMF(2，5-dimethylfuran，二甲基甲酰胺)，EMF(5-ethoxymethyl-2-furfural)等呋喃类化合物。这种呋喃类化合物能量含量高，且不同于醇类它不包含羟基，因此其吸湿性非常低，排气含量也比较少，故作为下一代燃料备受人们关注。

具体来说，从碳水化合物类生物量供给源获取所期望的最终化合物的通常的制造方法需要经过如下几个步骤：(a)获取多糖类物质-淀粉、糖分、纤维素的预处理工序；(b)获取葡萄糖、果糖的糖化工序；及(c)获取最终化合物的生物发酵或者催化剂化学工序。而在经过这样几个工序的过程中存在着收率下降这一问题。

另外，为了将来源于这种碳水化合物类生物量(biomass)的呋喃类化合物用作石油代替燃料，人们正积极研究能够大量生产下列结构式所示的核心中间体平台物质5-羟基甲基-2-糠醛(HMF)的方法，HMF通过多种转换反应，不仅用于燃料物质，还能广泛地应用于塑胶单体及接合剂、粘着剂及涂覆剂等环保型精细化学产品。

[HMF的结构式]

至今为止为获取这种HMF的尝试，主要将来源于农作物系生物量供给源的果糖(fructose)作为起始原料使用。这是因为，如下列反应式所示，化学上具有五角环结构的六碳糖-果糖无需经过异构化(isomerization)过程，在氧催化剂的存在下只经过脱水反应(dehydration)也能容易地获得HMF。

[D-果糖脱水反应的反应式]