Negli ultimi anni, con l’aumento dei requisiti di protezione ambientale e la continua crescita della domanda di carburanti puliti, la domanda del mercato di etanolo come combustibile è aumentata in modo significativo, guidando il rapido sviluppo delle tecnologie e dei processi di produzione di etanolo. I ricercatori cinesi hanno esplorato attivamente nuovi processi e tecnologie per la produzione di etanolo attraverso una continua ricerca e sviluppo. I processi tradizionali di produzione di etanolo si basano principalmente sulla bio-fermentazione, mentre le tecnologie moderne includono l'idratazione dell'etilene e i percorsi di carbonilazione-idrogenazione basati su materie prime C1. Dal punto di vista della conversione chimica, i processi di produzione di etanolo disponibili in commercio comprendono principalmente tre tipi: fermentazione della biomassa tramite zuccheri, idratazione dell'etilene e carbonilazione-idrogenazione di composti contenenti ossigeno-.
Metodo di fermentazione del grano
La fermentazione dei cereali è il primo metodo sviluppato per la produzione di etanolo ed è ancora ampiamente utilizzato, soprattutto nella produzione di bevande alcoliche. Il principio di base di questo metodo è che, sotto l'azione di un agente fermentante, il glucosio (C6H12O6) viene convertito in etanolo attraverso una serie di processi biochimici come la cottura e la saccarificazione. Nello specifico, un agente saccarificante (come acidi o catalizzatori di amilasi) viene prima utilizzato per convertire l'amido presente nella materia prima in zuccheri fermentabili, che vengono poi utilizzati per produrre etanolo attraverso la fermentazione. Nella pratica industriale, l'amido viene generalmente pretrattato con enzimi saccarificanti l'amido-per ottenere la saccarificazione, fornendo una base per la successiva fermentazione.
Metodo di idratazione dell'etilene
Per soddisfare le esigenze in rapido sviluppo dell’industria di sintesi organica di base, è essenziale utilizzare materie prime poco costose e ampiamente disponibili per produrre etanolo. A livello industriale, la via sintetica più importante è il metodo di idratazione dell’etilene, che prevede la reazione dell’etilene con l’acqua utilizzando metodi chimici per produrre etanolo. Il prodotto ottenuto con questo metodo è solitamente chiamato etanolo sintetico, per distinguerlo dall'etanolo fermentato prodotto con i metodi di fermentazione tradizionali.
Metodo di riduzione della carbonilazione
In base allo stato di fase del sistema catalitico, il processo di preparazione dell'etanolo mediante riduzione della carbonilazione dei composti metossilici è principalmente suddiviso in due categorie: una è il tradizionale processo catalitico omogeneo e l'altra è il processo di riduzione della carbonilazione eterogenea del dimetiletere, industrializzato nel 2017. Sebbene i sistemi catalitici differiscano, i meccanismi di reazione dei due metodi sono coerenti, entrambi prevedono due fasi principali: in primo luogo, il composto metossilico viene carbonilato per generare un composto acetilico, e quindi il composto acetilico viene ridotto per ottenere etanolo e sottoprodotti corrispondenti. Il primo passaggio, l'estensione della catena di carbonio dei composti contenenti ossigeno C1- ai composti contenenti ossigeno C2-attraverso una reazione di carbonilazione, è la chiave dell'intero processo e determina direttamente la fattibilità tecnica ed economica della produzione di etanolo attraverso diversi percorsi di riduzione della carbonilazione.
Catalisi del gas di sintesi
La produzione catalitica diretta di etanolo dal gas di sintesi è uno dei percorsi importanti per la produzione di etanolo da carbone-. Questa tecnologia utilizza il gas di sintesi (CO + H2) come materia prima, convertendolo direzionalmente in un alcol misto a basso-carbonio, principalmente etanolo, sotto l'azione di un catalizzatore. La sua tecnologia principale risiede nello sviluppo e nella selezione di catalizzatori ad alte-prestazioni. A causa della complessa composizione del gas di sintesi a base di carbone-, questo processo pone requisiti elevati in termini di adattabilità, stabilità e anti-tossicità del catalizzatore. Nelle applicazioni industriali, sono necessari catalizzatori per migliorare la conversione del monossido di carbonio e la selettività dell'etanolo.
Idrogenazione dell'acetato di metile
Negli ultimi anni, la tecnologia dell’idrogenazione dell’acetato di metile in etanolo ha ricevuto un’attenzione diffusa da parte dei ricercatori sia a livello nazionale che internazionale. I catalizzatori utilizzati in questa reazione possono essere principalmente suddivisi in due categorie: una è costituita dai catalizzatori a base di metalli nobili-, rappresentati da rutenio (Ru), rodio (Rh), palladio (Pd) e platino (Pt); l'altro sono i sistemi di metalli non-nobili, rappresentati da catalizzatori a base di rame-.
