[发明专利]由烟草植物生产生物燃料的方法

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及从植物生物质提取脂质或油的方法。具体而言，本发明涉及由烟草植物获得生物燃料的方法。

相关技术说明

人类有很长的种植烟草的历史，其首先是作为观赏植物和药用植物，而后作为奢侈品。在近代历史的大部分时间中，人类对烟草的使用已基于将叶子转化为吸烟产品、吸入粉末和咀嚼产品。最近，已提出烟草的其它用途，如用于由叶子通过提纯来生产食物蛋白(alimentary protein)，用于提供通常存在于叶子中的药理学有效活性成分，以及作为转基因植物的叶子或种子中表达的重组蛋白的来源。烟草的另一个有前景的用途是作为产生绿色能源的燃料来源。

使用化石燃料在环境上的负面后果及其有限的可用性已为新能源的研究提供动机。在这些新能源中，生物燃料由于其可再生性是一个可能的选择。农业来源的生物燃料主要是由产生单糖(例如蔗糖)或复糖(例如纤维素)的植物制得的生物乙醇。用于这种生产的模式植物已确定为甘蔗、玉米、小麦、土豆、木薯、甜菜、大麦、高粱等。作为选择，现有技术已发展到由产油或非产油但富含油质的种类如大豆、向日葵、油菜、花生、亚麻、玉米、芝麻、棕榈、棕榈仁、椰子、蓖麻等生产燃料油和生物柴油。

生物柴油作为替换能源，相对于生物乙醇具有一些优势。其中一个优势是在美国用于获得生物乙醇的主要原料是作为主要粮食作物的玉米和大豆。另外，生物乙醇生产通常比生物柴油生产的效率差。例如，玉米乙醇只产生比其生产中投入的能量多25％的能量，而生物柴油可产生比其生产中需要投入的能量多出高达93％的能量。最后，生物乙醇比生物柴油产生更多的温室气体。相对于化石燃料，生产和燃烧生物乙醇的温室气体排放降低多达12％，而生产和使用生物柴油则降低多达41％。生物柴油每净能量增益(net energy gain)还比生物乙醇释放更少的空气污染物(Hill et al.,Environmental,economic,and energetic costs and benefits of biodiesel and ethanol biofuels(生物柴油和乙醇生物燃料的环境、经济和能源成本和收益),Proc Natl Acad Sci USA.2006,103(30):11206-11210)。

来自烟草的生物柴油对我们国家的可再生能源战略会是一个重要补充。目前的趋势集中在从烟草种子中提取油。根据世界范围内估计超过四百万公顷的烟草生产，烟草种子会是可行的替代能源。然而，烟草生物质，特别是叶子已实质上被忽略用于生物燃料生产。烟草植物可以产生大约170吨/英亩的低成本、高价值的生物质材料，而没有高劳动力需求、化学投入或地理限制。烟草植物具有非常大的叶面积，小的花序以及在农业植物中观察到的最高的地上部分与根的比例。与硬木树类似，在被砍掉后，烟草将从其残端萌生(coppice)或重新萌芽。萌生使得一年多次收获成为可能，这使得其能产生非常高的生物质吨位(biomass tonnage)。另外，烟草可以在广泛环境中不同种类的土壤上茁壮成长。最后，由于烟草是可以在贫瘠土壤上茁壮成长的非粮食作物，所以其不会与粮食作物如玉米和大豆争夺更肥沃的土壤。

US2010/0184130公开了基因工程的烟草植物和由其生物质提取油的方法。基因工程可以增加烟叶中的含油量(oil deposits)。该方法使用改进的己烷提取方法从生物质中获取油。

US2009/0234146公开了从生物质如植物或藻类中提取和酯交换油的方法。该提取方法包括用包含至少一种极性共价分子和至少一种离子液体的共溶剂体系处理生物质。该极性共价分子可以是乙酸甲酯。使用甲醇以氢氧化钠作为催化剂或使用甲醇以硫酸作为催化剂来完成提取的油的酯交换。然而，该文献没有提及烟草。

本发明目的在于增加从烟草生物质中提取油和处理油的效率，从而其将适于用作生物柴油。

发明内容

本发明涉及由烟草生物质生产生物燃料的方法，包括以下步骤：用极性有机溶剂提取烟草生物质，从极性有机溶剂中分离提取的油，酯交换所提取的油并从反应混合物中分离生物燃料。

优选实施方案的详细说明