美国威斯康星大学麦迪逊分校的科学家利用常规的生物方法和新的化学方法相结合，将植物中的果糖高效快速的转化成一种新型的液体生物燃料———二甲基呋喃(DMF)。DMF含有的能量可比乙醇多40％，且没有乙醇燃料的缺点。他们发表在21日出版的《自然》杂志上的报告，为生物燃料研究开辟了新的天地。
乙醇是目前唯一一种大量用于汽车的生物燃料，但它还不是人们最终想要的理想燃料。在玉米、蔗糖及其他植物中均含有大量潜在能量，但它们是以长链的碳水化合物形式存在，必须被降解成小分子后才能加以利用。目前通常采用酶来降解淀粉和纤维素，使其转化成糖，然后利用常见的发面酵母使其发酵，最终产生乙醇和二氧化碳，这个过程通常要花几天的时间。乙醇中氧的含量相对较高，使其能量密度下降；同时乙醇易吸收空气中的潮气而使其含水量增加，因此需要蒸馏才能将其和水分开，这无疑要消耗部分能源。
美国威斯康星大学的化学和生物工程专家詹姆斯·杜梅斯克领导的小组找到了解决上述问题的方法。他们首先利用一种源自微生物的酶使生物原料降解，变成果糖；然后利用一种酸性催化剂将果糖转化成中间体———羟甲基糠醛（HMF），HMF要比果糖少3个氧原子；最后利用一种铜—钌催化剂将HMF转化成二甲基呋喃（DMF），DMF比HMF又少了2个氧原子。
和乙醇相比，DMF有一系列优点。和同样体积的乙醇相比，DMF燃烧后产生的能量要高40％，和目前使用的汽油相当；DMF不溶于水，因此不用担心吸潮问题；DMF的沸点要比乙醇高近20摄氏度，这意味着其在常温下是更稳定的液体，在汽车引擎中则被加热挥发成气体。这些都是汽车燃料所要具备的特点。还有一点值得一提，DMF的部分制造过程和现在石油化工中使用的方法相似，因此容易推广生产。
杜梅斯克相信，在经过安全和环境试验后，DMF可以和汽油混合，作为交通运输工具的燃料使用。
生物燃料可作为一种可持续性能源，这也屡见报端。在交通运输应用上，生物燃料通常指由生物质提取的乙醇。但乙醇作为运输燃料有其局限性：它挥发性强，吸水，能量密度低。来自威斯康星大学麦迪逊分校的一个研究小组，研究出了由两个步骤组成的一个催化过程，可将果糖转化成一种较乙醇要好很多的液体生物燃料——2,5-二甲基呋喃（DMF）。果糖可以直接从生物质提取或通过葡萄糖的异构获得，DMF的优点是能量密度比乙醇高40%，沸点较高，不溶于水。在DMF生产实现商业化之前还需要进行一些工作，但这一新的催化过程看起来很有希望。
据国外媒体报道，美国科学家表示，苹果和桔子水果中所含的糖可以转化成一种新型的低碳汽车燃料。这些科学家在《自然》杂志中写道，这种用果糖制造的燃料比乙醇所含的能量更足。
在另一项英国有关生物燃料的研究中，科学家发现包括塑料口袋在内的废品都可加工成生物柴油燃料。生物燃料(由农作物制造而成)评论家表示，用这种方法产生燃料将抬高粮食的价格。欧盟和美国的政界人士都在积极推崇生物燃料，将它看作是减少二氧化碳排放和支持石油进口国的好方法。
评论人士则表示，不管是用棕榈油制造的 柴油，还是利用玉米制造的乙醇，都极大地鼓励农民改种燃料产品，这也相应地抬升了粮食的价格。现在，威斯康辛大学麦迪逊分校的科学家表示，被称作果糖的单糖可以转化成比乙醇更有优势的燃料。这种燃料被称作二甲基呋喃，它所含的能量比乙醇多40%，而且更不容易挥发，稳定性也更好。科学家表示，人们可以直接从水果和农作物中获得果糖，或者用葡萄糖制造果糖。但是目前还需要进行更多研究，以查明这种新燃料对环境的影响。
英国研究人员表示，现在他们不仅可以用棕榈油制造生物柴油，还可以利用木头、种子和塑料袋等一系列材料制造该燃料。这个过程被称作生物液化(biomass to liquid)，专家表示，不出6年，英国30%的柴油需求将由这个来源提供。
英国国家非粮食作物中心的杰里米·唐明森表示，这种生物燃料的下一代不仅能为动力车提供 能源，它还将有其它更多用途。“我们希望它对社会的影响比现在简单的‘降低10倍的碳排放量’产生的影响更广。” “试想，如果现在我们的 化工场利用的化学品也是来源于这种原料，我们乘坐的飞往纽约的飞机也将利用这种燃料飞行。这种情况不是没有可能。”
但是目前面临的最大障碍是加工成本太高。据估计，建设一座新生产设备的成本是现在的生物燃料精炼厂的10倍。 （生物谷援引科技日报）
原始出处:
Nature 447, 982-985 (21 June 2007) | doi:10.1038/nature05923; Received 26 December 2006; Accepted 11 May 2007
Production of dimethylfuran for liquid fuels from biomass-derived carbohydrates
Yuriy Román-Leshkov1, Christopher J. Barrett1, Zhen Y. Liu1 & James A. Dumesic1
Department of Chemical and Biological Engineering, University of Wisconsin-Madison, Madison, Wisconsin 53706, USA
Correspondence to: James A. Dumesic1 Correspondence and requests for materials should be addressed to J.A.D. (Email: dumesic@engr.wisc.edu).
Abstract
Diminishing fossil fuel reserves and growing concerns about global warming indicate that sustainable sources of energy are needed in the near future. For fuels to be useful in the transportation sector, they must have specific physical properties that allow for efficient distribution, storage and combustion; these properties are currently fulfilled by non-renewable petroleum-derived liquid fuels. Ethanol, the only renewable liquid fuel currently produced in large quantities, suffers from several limitations, including low energy density, high volatility, and contamination by the absorption of water from the atmosphere. Here we present a catalytic strategy for the production of 2,5-dimethylfuran from fructose (a carbohydrate obtained directly from biomass or by the isomerization of glucose) for use as a liquid transportation fuel. Compared to ethanol, 2,5-dimethylfuran has a higher energy density (by 40 per cent), a higher boiling point (by 20 K), and is not soluble in water. This catalytic strategy creates a route for transforming abundant renewable biomass resources1, 2 into a liquid fuel suitable for the transportation sector, and may diminish our reliance on petroleum.
