世界上的化學(xué)家,、化學(xué)工程師和合成生物學(xué)家都已在努力應(yīng)對(duì)開發(fā)生物燃料的技術(shù)挑戰(zhàn)，并將在未來數(shù)十年內(nèi)為補(bǔ)充和替代石油衍生的燃料而盡力,。世界每一家主要的化學(xué)和石化公司都在聲稱要在生物燃料商業(yè)化的比賽中爭(zhēng)一高低,。
生物燃料可以有多個(gè)起始原料，包括糖類,、淀粉,、植物油、再生紙和紙板,，以及粗生物質(zhì),，它們可通過生物或化學(xué)方法，或兩者方法進(jìn)行加工,。無論那一種方法取勝,，這些競(jìng)爭(zhēng)性技術(shù)的通用性均可確保公司取得盈利，并且通過消除對(duì)進(jìn)口石油的依賴而保證能源安全,，以及減少溫室氣體排放而保證氣候安全,，這是一個(gè)重要的使命。
化學(xué)方法：水相化學(xué)反應(yīng)
化學(xué)方法提供了較廣闊的平臺(tái),，從這一平臺(tái)來運(yùn)作,，可在化學(xué)上調(diào)控碳水化合物，而不是將糖類進(jìn)行發(fā)酵,，從而可制取醇類,、酯類和呋喃，從單一的出發(fā)點(diǎn)可制取不同類型的運(yùn)輸燃料,。
化學(xué)方法制取生物燃料的主要途徑之一是水相化學(xué)反應(yīng),。例如美國Mascal公司的研究組開發(fā)了一種雙相酸/溶劑反應(yīng)器，可在一個(gè)單一步驟中,，從纖維素原料制取取代的呋喃,，這單一步驟無需先進(jìn)行預(yù)處理或?qū)⑸镔|(zhì)進(jìn)行分解，通常是溶液相化學(xué)所需的步驟,。研究人員使用鹽酸溶液來消化纖維素起始原料,，用二氯乙烷連續(xù)地萃取反應(yīng)混合物，以獲得取代的呋喃5 - （氯甲基）糠醛,，這是一種生物燃料中間體,。
該研究團(tuán)隊(duì)已使該過程進(jìn)行改進(jìn)，用于將生物質(zhì)作物,，如牧草,，或廢棄生物質(zhì)如谷物秸稈、木質(zhì),、稻草和再生紙轉(zhuǎn)化為5 - （氯甲基）糠醛或另一種生物燃料中間體乙酰丙酸,，根據(jù)反應(yīng)條件的不同,，產(chǎn)率可高達(dá)95％。據(jù)所知,，這一將碳水化合物原料轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)單的有機(jī)分子的水平在當(dāng)前是無與倫比的,。
作為額外的好處，單一反應(yīng)器處理不產(chǎn)生任何二氧化碳,，而大多數(shù)生物燃料技術(shù)都會(huì)產(chǎn)生二氧化碳,。一個(gè)關(guān)鍵的問題是大多數(shù)生物燃料過程低的效率和差的碳經(jīng)濟(jì)性，這些生物燃料過程意味著經(jīng)濟(jì)性差,，并與生物燃料的碳中性目標(biāo)相抵觸,。
微生物很容易將葡萄糖轉(zhuǎn)化成乙醇，但效率低下,，因?yàn)檫m用的碳的三分之一最終會(huì)成為CO2。另外,，在纖維素和半纖維素多糖物質(zhì)（它們組成生物質(zhì)）中存在各種五碳和六碳糖類,，但在發(fā)酵過程中通常使用的酵母僅能消耗六碳糖類。與工業(yè)化學(xué)過程相比,，這些微生物的工作也很慢,，并且不能忍受它們產(chǎn)生的高濃度的乙醇，這就使之限制于批量加工水平,。
對(duì)于生物燃料而不是乙醇生產(chǎn)商,，碳的重要部分也被作為CO2被損失了，這就影響到烴類產(chǎn)率,?；谶@些原因，可以認(rèn)為,，制取呋喃和其他類似成分的單一的反應(yīng)器路線具有優(yōu)勢(shì),。
然而，一個(gè)缺點(diǎn)是要使用鹵化溶劑,，鹵化溶劑可能在工業(yè)規(guī)模的過程中要被取代,。
當(dāng)被衍生加工時(shí)，糠醛或乙酰丙酸可生成其他呋喃或乙酰丙酸酯,，它們可用作為獨(dú)立的燃料,，這將需要監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)，或者可能用作調(diào)合料,，用以制取傳統(tǒng)的汽油,、柴油或噴氣燃料。Mascal公司正在與潛在的商業(yè)化合作伙伴探索發(fā)展機(jī)遇,，并且與美國內(nèi)華達(dá)州的本特利生物燃料（Bently Biofuels）公司合作,，測(cè)試某些生物柴油的候選品,。
在生物燃料公司中，總部設(shè)在威斯康星州麥迪遜的Virent能源系統(tǒng) （Virent Energy Systems）公司,，是第一批采用水相化學(xué)反應(yīng)的公司之一,。雖然迄今為止，他們的過程從采用糖類開始,，而不是纖維素,，但它最終仍是要得到所需的烴類，而不是含氧化合物,。
由Dumesic和他的威斯康星州同事蘭迪-科特賴特（Randy D. Cortright）等人組建于2002年的Virent公司,，正在使其BioForming技術(shù)推向商業(yè)化。該工藝過程在適宜的溫度和壓力下,，采用非均相催化劑,，通過平行和串聯(lián)反應(yīng)，先將部分去氧化的可溶性糖類原料轉(zhuǎn)化成糖醇,，然后使糖醇通過水相重整工藝過程,，將它們轉(zhuǎn)化成燃料化學(xué)品。例如,，Virent公司生產(chǎn)出主要含有C5~C10烷烴和芳烴的汽油調(diào)合物,，這些烷烴和芳烴的汽油調(diào)合物基本上是與石油衍生汽油的化合物相同的調(diào)合物。該公司還可生產(chǎn)柴油和噴氣燃料調(diào)合物,。
BioForming技術(shù)的優(yōu)勢(shì)之一是,，需要的氫氣可就地產(chǎn)生，這可降低成本,。此外,，該產(chǎn)品烴類很容易從水相中被分離出來，可節(jié)約精餾成本,。
