(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定量の六炭糖を得る工程と、六炭糖を反応させてカルボン酸のアルカリ塩を得る工程と、カルボン酸のアルカリ塩から成る陽極液を調製する工程と、カルボン酸のアルカリ塩を脱炭酸してラジカルを形成し、ラジカルを反応させて炭化水素燃料化合物を形成する工程とから成る燃料化合物を製造する方法であって、カルボン酸のアルカリ塩がアルカリ金属レブリン酸塩、アルカリ金属吉草酸塩、アルカリ金属５−ヒドロキシペンタノエート又はアルカリ金属５−アルコキシペンタノエートであることを特徴とする燃料化合物を製造する方法
【請求項２】
燃料化合物がガソリン添加剤である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
カルボン酸のアルカリ塩がアルカリ金属吉草酸塩であり、アルカリ金属吉草酸塩の脱炭酸でラジカルを形成し、ラジカルが反応してオクタンを形成する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
カルボン酸のアルカリ塩がアルカリ金属レブリン酸塩であり、アルカリ金属レブリン酸塩の脱炭酸でラジカルを形成し、ラジカルが反応して２，７−オクタジオンを形成する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
カルボン酸のアルカリ塩がアルカリ金属５−ヒドロキシペンタノエートであり、アルカリ金属５−ヒドロキシペンタノエートの脱炭酸でラジカルを形成し、ラジカルが反応して１，８−ジヒドロキシオクタンを形成する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
カルボン酸のアルカリ塩がアルカリ金属５−アルコキシペンタノエートであり、アルカリ金属５−アルコキシペンタノエートの脱炭酸でラジカルを形成し、ラジカルが反応して１，８−ジアルコキシオクタンを形成する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
電気化学的セル内で脱炭酸反応が起こり、電気化学的セルが陽極液を保持する陽極液室と、陰極液を保持する陰極液室と、陰極液室から陽極液室を分離するアルカリイオン伝導性膜とから成る請求項１に記載の方法。
【請求項８】
アルカリイオン伝導性膜がＮａＳＩＣＯＮ膜である請求項７に記載の方法。
【請求項９】
更に、所定量のバイオマスを得る工程と、バイオマスを炭水化物に変換する工程と、炭水化物を六炭糖に変換する工程とを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
カルボン酸のアルカリ塩を得る工程と、陽極液室、陰極液室およびＮａＳＩＣＯＮ膜から成る電気化学的セルに使用する陽極液を調製する工程と、セル内の陽極液を電解する工程とから成る燃料化合物を製造する方法であって、カルボン酸のアルカリ塩は六単糖から誘導され、カルボン酸のアルカリ塩がレブリン酸ナトリウム、吉草酸ナトリウム、ナトリウム５−ヒドロキシペンタノエート又はナトリウム５−アルコキシペンタノエートであり、ＮａＳＩＣＯＮ膜は陰極液室から陽極液室を分離し、陽極液は陽極液室内に保持され、陰極液は陰極液室内に保持され、陽極液は、溶媒と所定量のカルボン酸のアルカリ塩とから成り、上記電解工程は、カルボン酸のアルカリ塩を脱炭酸してラジカルを形成し、ラジカルが反応して燃料化合物を形成することを特徴とする燃料化合物を製造する方法。
【請求項１１】
燃料化合物がガソリン添加剤である請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
カルボン酸のアルカリ塩が吉草酸ナトリウムであり、吉草酸ナトリウムの脱炭酸によりラジカルが形成され、そのラジカルが反応してオクタンを形成する請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
カルボン酸のアルカリ塩がレブリン酸ナトリウムであり、レブリン酸ナトリウムの脱炭酸によりラジカルが形成され、そのラジカルが反応して２，７−オクタジオンを形成する請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
カルボン酸のアルカリ塩がナトリウム５−ヒドロキシペンタノエートであり、ナトリウム５−ヒドロキシペンタノエートの脱炭酸によりラジカルが形成され、そのラジカルが反応して１，８−ジヒドロキシオクタンを形成する請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
カルボン酸のアルカリ塩がナトリウム５−アルコキシペンタノエートであり、ナトリウム５−アルコキシペンタノエートの脱炭酸によりラジカルが形成され、そのラジカルが反応して１，８−ジアルコキシオクタンを形成する請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
陽極液室と、陰極液室と、ＮａＳＩＣＯＮ膜と、電位差供給源とから成る電気化学的セルであって、ＮａＳＩＣＯＮ膜は陰極液室から陽極液室を分離し、陽極液が陽極液室内に保持され、陽極液は、溶媒と所定量のレブリン酸ナトリウム、吉草酸ナトリウム、ナトリウム５−ヒドロキシペンタノエート又はナトリウム５−アルコキシペンタノエートとから成り、陰極液が陰極液室内に保持され、電位差供給源はレブリン酸ナトリウム、吉草酸ナトリウム、ナトリウム５−ヒドロキシペンタノエート又はナトリウム５−アルコキシペンタノエートを脱炭酸し、脱炭酸反応によってラジカルが形成し、ラジカルが反応して炭化水素燃料化合物を形成することを特徴とする電気化学的セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は２０１１年１２月１９日に出願された、発明の名称「レブリン酸の脱炭酸による溶剤の製造」の米国仮特許出願第６１／５７７，４９６号を優先権主張する。本出願は更に、２０１１年１月２５日に出願された、発明の名称「バイオマスから誘導された化学物質からの燃料の製造」の米国仮特許出願第６１／４３６，０８８号を優先権主張する。両米国仮特許出願の内容は参照により本発明に引用する。
【０００２】
本発明は、バイオマスから誘導された化学物質からの燃料の製造に関する。
【背景技術】
【０００３】
炭化水素燃料は、現在世界中で使用されている。炭化水素燃料の具体例の１つとしてはガソリン（オクタンを含む）が挙げられる。他の共通の炭化水素燃料としては、ディーゼルエンジンに使用されるディーゼル燃料が上げられる。従って、燃料として使用される炭化水素を製造するための方法が必要である。
【０００４】
バイオマスは再生可能原料である。バイオマスは脂質（例えば油脂）から成り、それは植物、藻、動物由来から得られるものである。これらの油脂は脂肪酸を含む。明らかに、自然界に多量に存在するため、このバイオマスを出発原料として使用して、炭化水素燃料などの有用物質を形成する方法を発見することは価値のあることである。
【０００５】
バイオマスを炭化水素燃料に変換する現在の方法は、バイオマスに触媒の存在下で水素ガスを添加することによりバイオマスを炭化水素に変換する「水素反応」として知られるプロセスを含む。残念ながら、「水素反応」は、水素ガス高価な反応物質であるために高コストである。更に、このプロセスでは触媒を含むため、そのような触媒は、バイオマス中に含まれるであろうＣａ、Ｃｌ、Ｖ、Ｎ、Ａｓ、Ｈｇ、Ｓｉ、Ｐ、Ｃｒ又は他の材料を受け入れない。他の不純物として、可溶性ビタミン類、ステロイド類、テルペン類、アルカロイド類などを含む。バイオマスを炭化水素に変換する他のプロセスとしては、脂肪酸の官能性カルボン酸が「脱炭酸」することにより炭化水素が残る脱炭酸反応がある（ある状況において、この脱炭酸反応工程は、出発原料によっては発酵工程および／または加水分解工程によって進められる）。炭化水素を製造するための脱炭酸反応プロセスを行うことは一般に高コストである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、バイオマスを炭化水素に変換する新しいプロセスが必要とされている。本発明は、そのようなプロセスを開示するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、バイオマスから炭化水素燃料を製造するための方法に関する。この方法は、炭水化物類および糖類などのバイオマス系出発原料を、炭化水素燃料を形成するのに使用されるカルボン酸またはカルボン酸のアルカリ金属塩（およびエステル類などの他のカルボン酸誘導体）に変換することに関する。更に、本発明は、バイオマスを炭化水素燃料に変換されるラクトン類に転換する方法も開示する。バイオマスは植物、藻、動物由来のものである。
【０００８】
本発明において、バイオマスは、糖（主に１つ以上の環を有する六炭糖）に変換される。これらの六炭糖は、化学的にカルボン酸に変換できる６炭素原子を有する。糖原料のこれらの種の例としては、グルコース等が挙げられる。具体的には、Ｃ６Ｈ１２Ｏ６の式を有する糖単体（モノマー）は、以下のように反応して、レブリン酸、水およびギ酸を形成する。
【０００９】
Ｃ６Ｈ１２Ｏ６→Ｃ５Ｈ８Ｏ３＋ＨＣＯＯＨ＋Ｈ２Ｏ
（糖単体）→（レブリン酸）＋（ギ酸）＋（水）
【００１０】
Ｃ５Ｈ８Ｏ３はレブリン酸の実験式である。しかしながら、この酸は以下の化学構造を有する。
ＣＨ３−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ２ＣＨ２ＣＯＯＨ
【００１１】
一旦これらの２つの酸（レブリン酸およびギ酸）が得られたら、これらの２つの酸は塩基（ＮａＯＨ，ＮａＯＣＨ３又は他の塩基など）との反応により鹸化し、対応するアルカリ金属塩（例えば、ギ酸のアルカリ金属塩およびレブリン酸のアルカリ金属塩）を形成する（以下の式）。
【００１２】
ＣＨ３−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ２ＣＨ２ＣＯＯＨ＋ＮａＯＨ→ＣＨ３−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ２ＣＨ２ＣＯＯＮａ＋Ｈ２Ｏ
（レブリン酸）＋（水酸化ナトリウム）→（レブリン酸ナトリウム）＋（水）
【００１３】
ＨＣＯＯＨ＋ＮａＯＨ→ＨＣＯＯＮａ
（ギ酸）＋（水酸化ナトリウム）→（ギ酸ナトリウム）
【００１４】
あるいは、糖はカルボン酸のアルカリ塩に変換される。
【００１５】
これらのカルボン酸のアルカリ塩は、任意に成分として第２のカルボン酸のアルカリ塩と共に溶媒に溶解させ、反応混合物を得る。この混合物は、電解（陽極の）脱炭酸反応および続く炭素−炭素結合反応により、炭化水素燃料に変換する。この反応に使えるように設計された電解セルは、アルカリ移送固体電解質膜技術を利用する。この炭素−炭素結合によって形成された生成物は、炭化水素燃料材料、例えば燃料や燃料添加剤などとして使用される炭化水素である。
【００１６】
本発明の上述または他の要旨や技術効果が得られる方法を容易に理解するために、上記の簡単に記載された本発明の更に具体的な記載は、添付の図面に示された具体的な実施態様への言及によって示される。これらの図面は単に本発明の代表的な実施態様を描いているだけであり、本発明の要旨を限定するのではないことを理解すべきであり、本発明は、添付した図面の使用を介した追加の具体例や詳細も記載され、説明されていると理解すべきである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の方法は、バイオマスを炭化水素に変換することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、バイオマスが炭化水素燃料に変換される全体のプロセスを示すフローチャートである。
【図２Ａ】図２Ａは、糖部分がレブリン酸およびギ酸に変換されることを示すフローチャートである。
【図２Ｂ】図２Ｂは、レブリン酸およびギ酸をギ酸ナトリウム及びレブリン酸ナトリウムに変換することを示すフローチャートである。
【図３】図３は、レブリン酸ナトリウムを炭化水素燃料化合物に変換するための電解セルの実施態様の概略図である。
【図４】図４は、吉草酸ナトリウムを炭化水素燃料化合物に変換するための電解セルの実施態様の概略図である。
【図５】図５は、レブリン酸を吉草酸ナトリウムに変換することを示すフローチャートである。
【図６Ａ】図６Ａは、γ−バレロラクトンをＨＯ（ＣＨ２）４ＣＯＯＮａに変換することを示すフローチャートである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、γ−バレロラクトンをＨ３ＣＯ（ＣＨ２）４ＣＯＯＮａに変換することを示すフローチャートである。
【図７】図７は、ＨＯ（ＣＨ２）４ＣＯＯＮａ又はＨ３ＣＯ（ＣＨ２）４ＣＯＯＮを燃料添加剤として使用されるジオール又はジエーテル生成物に変換するための電解セルの実施態様の概略図である。
【図８】図８は、本発明の方法を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の他の方法を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、脱炭酸反応プロセスの例に関する電流密度および電位のグラフである。
【図１１】図１１は、脱炭酸反応プロセスが完了した後のガスクロマトグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の好ましい実施態様は、類似の構成要素は全体を通じて類似の符号で表した図面の参照によってよく理解されるであろう。図面の中に一般的に記載され、図示された本発明の構成要素は、異なる形状の多種多様の配置や構造が可能であることは容易に理解されるであろう。それゆえ、図面に示される本実施態様のより詳細な以下の記載は、本発明の要旨を限定するものではなく、本発明の好ましい実施態様の代表例に過ぎないと理解すべきである。
【００２０】
図１を参照すると、図１は、ここに概略されるプロセスに従ったバイオマス１４を炭化水素に変換する方法１０を示すフローチャートである。例えば、所定量のバイオマス１４が得られる。そのバイオマス１４は炭水化物１８に変換されてもよい。この炭水化物１８はでんぷん材料、セルロース材料、多糖材料などでもよい。このバイオマス１４を炭水化物１８に変換するプロセスは公知である。炭水化物１８が得られた後、炭水化物１８は、六炭糖物質２２（グルコーズ等の）に変換されてもよい。炭水化物材料１８から六炭糖物質２２への変換は、化学的加水分解または酵素的加水分解を経てなされる。そのようなプロセスは公知であり、例えば次の文献に記載されている：Ｆａｎ  ｅｔ．  ａｌ．著、「Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ  Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ（セルロースの加水分解）」、Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｍｏｎｏｇｒａｐｈｓ，Ｖｏｌ．  ３，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  ＮＹ，（１９８７）。
【００２１】
六炭糖物質２２を得た後、この六炭糖物質２２は、触媒による脱水反応２４を受け（又は他のプロセス）、糖部分をレブリン酸３２に変換する。六炭糖からレブリン酸に変換するプロセスは、例えば、次の文献に記載されている：ｂｏｚｅｌｌ  Ｊ．著「Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ  Ｂｉｏｍａｓｓ  ａｎｄ  Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｂｒｉｄｇｅ（化学的橋渡しによってバイオマスと石油を結合させるプロセス）」、Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．２３９，ｐｐ．５２２−５２３（２０１０）。このプロセスは、水が生成するので脱水反応である。この反応においてギ酸が生成する。この反応において生成するギ酸に対するレブリン酸３２の比率は、重量比でおおよそ３：１である（このプロセスにおいて水も生成する）。この変換は数１０年間知られている。従って、当業者には、レブリン酸を製造するために必要なプロセスとしてなじみ深いものである。レブリン酸の製造に関する更なる情報としては、次の文献が知られ
ている：Ｂｏｎｄ，Ｊｅｓｓｅ  Ｑ．，ｅｔ  ａｌ．，Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｏｆ  γ−バレロラクトン  ｔｏ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ａｌｋｅｎｅｓ  ｆｏｒ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ  Ｆｕｅｌｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅ
３２７，１１１０−１１１４（２０１０）。
【００２２】
六炭糖からレブリン酸（ＣＨ３ＣＯ（ＣＨ２）２ＣＯＯＨ）への反応は以下に纏められる。
【００２３】
Ｃ６Ｈ１２Ｏ６→Ｃ５Ｈ８Ｏ３＋ＨＣＯ２Ｈ＋Ｈ２Ｏ
（六炭糖）→（レブリン酸）＋（ギ酸）＋（水）
【００２４】
矢印３６で示されるように、レブリン酸３２は鹸化反応３８を受け、カルボン酸４４のアルカリ塩が形成される。より具体的には、このカルボン酸のアルカリ塩は、レブリン酸のアルカリ金属塩（例えば、アルカリ金属レブリン酸塩）であってもよい。鹸化反応３８において、塩基（アルカリ金属メトキシド、アルカリ金属水酸化物など）が使用される。
【００２５】
更に又は代わりに、レブリン酸３２は触媒還元プロセス４６を受け、ガンマ−バレロラクトン（γ−バレロラクトン）が形成される。このγ−バレロラクトン（環状エステル）は触媒水素添加反応により形成される。
【００２６】
Ｃ５Ｈ８Ｏ３＋Ｈ２→Ｃ５Ｈ８Ｏ２＋Ｈ２Ｏ
（レブリン酸）＋（水素）→（γ−バレロラクトン）
【００２７】
次に、このγ−バレロラクトンは、触媒水素添加反応５４を受け、吉草酸６２が形成される。
【００２８】
Ｃ５Ｈ８Ｏ２＋Ｈ２→Ｃ５Ｈ１０Ｏ２
（γ−バレロラクトン）＋（水素）→（吉草酸）
【００２９】
この吉草酸６２は鹸化反応３８を受け、カルボン酸のアルカリ塩４４が形成される（この場合、カルボン酸のアルカリ塩がアルカリ金属吉草酸塩である）。一方、γ−バレロラクトンは塩基加水分解プロセス６６を受け、カルボン酸のアルカリ塩４４が形成される。この環状エステル（γ−バレロラクトン）の加水分解反応はにおいて、塩基（アルカリメトキシド又はアルカリ水酸化物）が使用され、エーテル又はアルコールが形成される。アルカリカチオンとしてナトリウムを用いた場合のこの反応を以下に示す。
【００３０】
Ｃ５Ｈ８Ｏ２＋ＣＨ３ＯＮａ→ＣＨ３Ｏ−Ｃ４Ｈ８−ＣＯＯＮａ
Ｃ５Ｈ８Ｏ２＋ＮａＯＨ→ＨＯ−Ｃ４Ｈ８−ＣＯＯＮａ
【００３１】
カルボン酸のアルカリ塩４４の反応を説明する。カルボン酸のアルカリ塩４４は、電気化学的セルにおいて使用される。詳細に説明すると、電気化学的セルは、ナトリウム伝導膜を使用して脱炭酸反応７０を行う。アルコール又は水物質７６がこの電気化学的反応で使用される。この電気化学的反応７０は、多量の二酸化炭素８０だけでなく多量の塩基８４も製造する。この塩基８４は、水酸化ナトリウム、ナトリウムメトキシド、ナトリウムメチラート等であってもよい（次の、矢印８８で示されるように、この量の塩基８４は、鹸化反応３８で再使用されてもよい）。電気化学的反応７０は、更に炭化水素９０を製造する。この炭化水素は、炭化水素燃料または、燃料添加剤として使用してもよい類似の化学製品である（このプロセスは本明細書で詳細に説明する）。
【００３２】
図２Ａを参照すると、糖構成部分をレブリン酸に変換するプロセスが記載されている。
具体的には、このプロセスは、六炭糖１１８（グルコース等の）をレブリン酸に変換することを含む。このプロセスは、脱水反応により水１４０が製造される。糖１１８の脱水反応は、酸処理によって行なわれ、最終的にレブリン酸１２０とギ酸１３０が形成される。
【００３３】
図２Ｂを参照すると、レブリン酸の鹸化反応が記載されている（当業者ならば、吉草酸を使用した場合にも類似の鹸化反応が起きることは理解できるであろう）。鹸化反応は、レブリン酸１２０及び／又はギ酸１３０と塩基１６０との反応を含む。図２Ｂにおいて、塩基１６０はＮａＯＨであるが、他の塩基を使用することももちろん可能である（例えば、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、ＫＯＨ、カリウムメトキシド等）。この鹸化反応において、水１４０、ギ酸ナトリウム１７０及びレブリン酸ナトリウム１８０が製造される。もちろん、ナトリウムの代わりに他のアルカリ金属が、対応するカチオンとして使用されてもよい。この鹸化反応は以下に示すように纏めることが出来る（アルカリ金属カチオンとしてナトリウムを用いた場合）。
【００３４】
Ｒ−ＣＯＯＨ＋ＣＨ３ＯＮａ→Ｒ−ＣＯＯＮａ＋ＣＨ３ＯＨ
Ｒ−ＣＯＯＨ＋ＮａＯＨ→Ｒ−ＣＯＯＮａ＋Ｈ２Ｏ
ここでＲはレブリン酸または吉草酸の残部分を示す。
【００３５】
電気化学的セル内で生じる化学反応について説明する。具体的には、酸のアルカリ金属塩（例えばＲ−ＣＯＯＮａ（又は、更にエーテル又はアルコール等の官能基を有するカルボン酸塩））は分離され、電気化学的セルの陽極液を調製するために使用される。この陽極液は、更に溶媒や、任意に第２のカルボン酸ナトリウムを含んでいてもよい。
【００３６】
陽極液は電解セルに供給され、電解セルは、陽極液室および陰極液室の２室をセル内で分離するナトリウムイオン伝導性セラミック膜を使用する。電解セルは、平板電極および膜が使用される標準平行平板セルから成っていてもよく、又、管状電極および膜が使用されるチューブ型セルから成っていてもよい。電気化学的活性第１アノード（例えば、平滑白金アノード；ステンレススチールアノード；Ｋｏｖａｒ等の金属アロイアノード；ホウ素ドープダイアモンド、ガラス状炭素、合成炭素、寸法安定性アノード（ＤＳＡ）、二酸化鉛等の炭素系電極が挙げられ、所望の反応により置き換え可能である）は、酸化（脱炭酸反応）反応および引続きフリーラジカル炭素−炭素結合反応が起こる第１陽極液室内に収容される。
【００３７】
電気化学的セルのアノードにおいて、種々の反応が生じる。これらの反応の１つに「コルベ反応」がある。この反応は酸化反応（脱炭酸反応）工程を含む。具体的には標準的なコルベ反応において、陽極の脱炭酸反応／カルボン酸の酸化カップリングが起こる。この反応は以下に示すフリーラジカル反応である。
【００３８】
２Ｒ−ＣＯＯＨ→Ｒ−Ｒ＋２ＣＯ２＋２ｅ−＋２Ｈ＋
（脂肪酸）→（炭化水素）
【００３９】
このコルベ反応は典型的には非水メタノール溶液内で行われる。部分中和酸（アルカリ塩の形で）平行平板型電気化学的セルで使用される。セルで使用される陽極液は高密度であってもよい。コルベ反応はよく知られ、使用される反応である。実際に、以下の文献にコルベ反応の要約および説明がある。Ｈａｎｓ−Ｊｕｒｇｅｎ  Ｓｃｈａｆｅｒ，Ｒｅｃｅｎｔ  Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｋｏｌｂｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ  ｔｏ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，  Ｖｏｌ．１５３，Ｉｓｓｕｅ：Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ＩＶ，１９９０，ｐｐ．９１−１５１.
【００４０】
コルベ反応からわかるように、２脂肪酸分子の“Ｒ”基は一緒にカップリングし、それにより炭化水素生成物が生じる。このコルベ反応は、２つの“Ｒラジカル”（Ｒ・）が形成され、続いてそれらが一緒に結合して炭素−炭素結合を形成するフリーラジカル反応である。
【００４１】
本発明は改変したコルベ反応に関する。具体的に、ほんはつめいにおいて、脱炭酸反応を含み、“Ｒラジカル”（Ｒ・）を形成する。これらのラジカル種は、一緒にカップリングして炭化水素生成物を形成する。
【００４２】
上述の用に、レブリン酸ナトリウムが、セルのアノードにおける脱炭酸反応によりラジカルを形成する。この反応は以下のように示される。
【００４３】
ＣＨ３−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ２ＣＨ２ＣＯＯＮａ→Ｎａ＋＋ｅ−＋ＣＨ３−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ２ＣＨ２＋ＣＯ２
（レブリン酸ナトリウム）→（ナトリウムイオン）＋（電子）＋（ラジカル）＋（二酸化炭素）
【００４４】
陽極液中にギ酸塩が存在する場合、ギ酸塩は以下のように反応する。
ＨＣＯＯＮａ→Ｎａ＋＋ｅ−＋Ｈ・＋ＣＯ２
（ギ酸ナトリウム）→（ナトリウムイオン）＋（電子）＋（水素ラジカル）＋（二酸化炭素）
【００４５】
それゆえ、ギ酸塩およびレブリン酸塩を含む溶液が一緒に脱炭酸すると、水素ラジカル及び他のラジカルが反応して、炭化水素を含む種々の化学種が形成される。上記の脱炭酸反応は、代表的には高電流密度で非水溶液中で行われる。カルボン酸塩がレブリン酸ナトリウム（ＣＨ３ＣＯ（ＣＨ２）２ＣＯＯＮａ）である場合、得られる生成物はＣＨ３ＣＯ（ＣＨ２）４ＣＯＣＨ３である。より具体的には、このラジカル反応は以下のように起きる。
【００４６】
ＣＨ３ＣＯＣＨ２ＣＨ２・＋ＣＨ３ＣＯＣＨ２ＣＨ２・→ＣＨ３ＣＯ（ＣＨ２）４ＣＯＣＨ３
（レブリン酸塩ラジカル）＋（レブリン酸塩ラジカル）→（ダイマー）
【００４７】
このダイマー生成物は、オクタンに非常によく似ており、ガソリンへの添加剤として使用できる。カルボン酸塩が吉草酸ナトリウム（ＣＨ３（ＣＨ２）３ＣＯＯＮａ）である場合、生成物はオクタンＣＨ３（ＣＨ２）６ＣＨ３であり、これはガソリンの主成分である。
【００４８】
ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２・＋ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２・→ＣＨ３（ＣＨ２）６ＣＨ３
（吉草酸ラジカル）＋（吉草酸ラジカル）→（ダイマー：オクタン）
【００４９】
同様の手法において、カルボン酸塩がＣＨ３Ｏ−Ｃ４Ｈ８−ＣＯＯＮａ（例えば、γ−バレロラクトンのＣＨ３ＯＮ加水分解生成物）である場合、得られる生成物はＨＯ（ＣＨ２）８ＣＨ３ＯＨである。カルボン酸塩がＨＯ−Ｃ４Ｈ８−ＣＯＯＮａ（例えば、γ−バレロラクトンのＮａＯＨ加水分解生成物）である場合、得られる生成物はＨＯ（ＣＨ２）８ＯＨである。これらの生成物はガソリンへの添加剤として使用できる。
【００５０】
図３を参照すると、電気化学的セル２００に電位が印加されることを示す。改良されたコルベ反応が、電気化学的セル２００内で生じる。セル２００は陰極液室２０４及び陽極液室２０８を含む。陰極液室２０４及び陽極液室２０８は、膜２１２によって分離されている。他の実施態様において、アノード及びカソードの両方が収納されている単室のみの設計となっている。
【００５１】
２００の詳細は、具体的な実施態様による。例えば、セル２００は、平板電極および／または平板膜が使用された標準的な平行平板セルであってもよい。他の実施態様において、セル２００は、チューブ状電極および／またはチューブ状膜が使用されたチューブ状セルであってもよい。電気化学的活性アノード２１８が、陽極液室２０８内に少なくとも部分的または完全に収納されている。１つ以上のアノード２１８が使用されてもよい。アノード２１８は、例えば、平滑白金電極、ステンレススチール電極または炭素系電極から成る。炭素系電極の代表例としては、ホウ素ドープダイアモンド、ガラス状炭素、合成炭素、寸法安定性アノード（ＤＳＡ）及びその関連物質、および／または二酸化鉛が挙げられる。他の電極としては、Ｓ・Ｓ、Ｋｏｖａｒ、インコネル／モネル等の金属および／または金属アロイから成る。他の電極としては、ＲｕＯ２−ＴｉＯ２／Ｔｉ、ＰｔＯｘ−ＰｔＯ２／Ｔｉ、ＩｒＯｘ、ＣＯ３Ｏ４、ＭｎＯ２、Ｔａ２Ｏ５及び他のバルブ金属酸化物から成っていてもよい。更に、電極を構成するために、他の物質を使用してもよく、他の物質としては、ＳｎＯ２；Ｂｉ２ＲＵ２Ｏ７（ＢＲＯ）；ＢｉＳｎ２Ｏ７；白金、チタン、パラジウム及び白金被覆チタン等の貴金属；ガラス状炭素、ＢＤＤ又、硬質炭素などの炭素系物質が挙げられる。更に、他の実施態様において、ＲｕＯ２−ＴｉＯ２、硬質ガラス状炭素および／またはＰｂＯ２を有していてもよい。繰返すが、上述の例は電極として使用してもよい例を記載しているにすぎない。カソード室２０４は少なくとも１つのカソード２１４を含む。カソード２１４の部分的または全体が、カソード室２０４に収納されている。カソード２１４を構成するのに使用される物質は、アノード２１８を構成するのに使用される物質と同じであってもよい。他の実施態様において、アノード２１８及びカソード２１４を構成する材料として異なる材料が使用されてもよい。
【００５２】
陽極液室２０８は、所定量の陽極液２２８を保持できるように設計される。陰極液室２０４は、所定量の陰極液２２４を保持できるように設計される。図３に示す実施態様において、陽極液２２８及び陰極液２２４は両方とも液体であるが、固体粒子および／またはガス状粒子が、陽極液２２８又は陰極液２２４の何れか及び／又は陽極液２２８と陰極液２２４の両方に含まれてもよい。
【００５３】
アノード室２０８及びカソード室２０４は、アルカリ金属イオン伝導性膜２１２によって分離されている。膜は、アルカリ金属を選択的に輸送する膜として使用される。例えば、アルカリ金属がナトリウムの場合、膜はナトリウムイオン伝導性膜２１２である。ナトリウムイオン伝導性固体電解質膜２１２は、電位の影響下により、陽極液室２０８から陰極液室２０４にナトリウムイオンＮａ＋）を選択的に透過し、一方で陽極液２２８と陰極液２２４とが混合することを防ぐ。このような固体電解質膜の例としては、ＮａＳＩＣＯＮ構造に基づくもの、ナトリウム伝導性ガラス，β−アルミナ及び固体高分子ナトリウムイオン伝導体が挙げられる。このような物質は市販品として入手できる。ＮａＳＩＣＯＮは、一般的に室温において比較的高いイオン伝導性を有する。また、アルカリ金属がリチウムの場合、膜を構成するのに使用される具体的な好適な物質はＬｉＳＩＣＯＮである。また、アルカリ金属がカリウムの場合、膜を構成するのに使用される具体的な好適な物質はＫＳＩＣＯＮである。
【００５４】
上述のように、図２Ｂ中に示される鹸化反応（および／または他の反応）は、所定量のレブリン酸のアルカリ金属塩１８０（例えばレブリン酸ナトリウム）を製造するように設計されている。このレブリン酸のアルカリ金属塩１８０は、必要に応じて分離され及び／又は精製されていてもよい。同様に、レブリン酸のアルカリ金属塩１８０が脂肪酸塩の混合物から成っている場合は、必要に応じて、これらの化合物が分離されてもよい。他方、レブリン酸のアルカリ金属塩１８０は分離されないで、異なる塩の混合物から成っていてもよい。
【００５５】
陽極液室２０８は１つ以上の注入口２４０を有し、陽極液２２８がそれを介して供給される。一方、陽極液２２８を形成する構成要素が、注入口２４０を介して別々に陽極液室２０８に供給され、セルの中で混合されてもよい。陽極液は、所定量のレブリン酸のアルカリ金属塩１８０を含む。具体的な実施態様において、ナトリウムがアルカリ金属であり、レブリン酸のアルカリ金属塩１８０がナトリウム塩１８０ａである。陽極液２２８はまた、上述の第１の溶媒１６０を含み、第１の溶媒はアルコールであってもよく、例えばメタノール１６０ａである。もちろん、他の種類の溶媒を使用してもよい。
【００５６】
陰極液室２０４は１つ以上の注入口２４２を有し、陰極液２２４がそれを介して供給される。陰極液２２４は第２の溶媒１６０ｂを含む。第２の溶媒１６０ｂはアルコール又は水であってもよい（又はアルコールと水の混合物）。アルコールがメタノールである場合を図３に示す。大事なことは、陰極液２２４中の溶媒１６０ｂは、必ずしも陽極液２２８中の第１の溶媒１６０と同じでなくてもよいことである。ある実施態様において、溶媒１６０ａ及び１６０ｂは同じであってもよい。その理由は、膜２１２が室２０８及び室２０４を互いに分離孤立させているからである。それゆえ溶媒１６０ａ及び１６０ｂは、それぞれの個々の室における反応のために（及び／又はそれぞれの個々の室内の化学物質の溶解性を調節するために）、それぞれ別々に選択してもよい。それゆえ、セル２００の設計者は、具体的な室の中で起きる反応のための溶媒１６０ａ及び１６０ｂについて、溶媒の混合および／または他の室において生じる反応に心配すること無く決定してもよい。これは、セル２００を設計する上で極めて大きな利点である。典型的なコルベ反応は、陽極液および陰極液の両方において１つの溶媒のみ使用できる。従って、２つの別の溶媒が使用できることは有利な点である。他の実施態様において、第１の溶媒１６０ａと第２の溶媒１６０ｂのどちらか、及び／又は、第１の溶媒１６０ａおよび第２の溶媒１６０ｂの両方とも混合溶媒から成る。
【００５７】
陰極液２２４は塩基１５０を含んでいてもよい。図１に示す実施態様において、塩基１５０はＮａＯＨ又はナトリウムメトキシド或いはこれらの化学物質の混合物であってもよい。塩基１５０は、図２Ｂの鹸化反応において使用される塩基１５０と同じであってもよい。或いは、塩基は鹸化反応において使用されるものと異なる塩基であってもよい。
【００５８】
アノード２１８及びカソード２１４において生じる反応について説明する。全ての電気化学的セルと同様に、電源２０１を介して電位がセル２００に印加された時に、その反応が生じる。
【００５９】
カソード２１４において還元反応が起こる。この反応は、溶媒からのナトリウムイオンと溶媒を使用して水素ガス２７０を形成し、更に所定量の塩基１５０を形成する。アルカリ金属としてナトリウムを使用する場合、還元反応は以下の式で表される。
【００６０】
２Ｎａ＋＋２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→２ＮａＯＨ＋Ｈ２
２Ｎａ＋＋２ＣＨ３ＯＨ＋２ｅ−→２ＮａＯＣＨ３＋Ｈ２
【００６１】
水素ガス２７０及び／又は塩基１５０は、排出口２４４を介して抜き出される。水素ガス２７０は、他の反応に使用されるための更なるプロセスのために回収されてもよく、及び／又は処分されるか、または販売してもよい。図１の鹸化反応において消費された塩基１５０は、セル２００のこの部分に発生するため、塩基１５０の形成には重要な利点がある。それゆえ、セルにおいて形成される塩基は、後の鹸化反応（又は他の化学プロセス）において回収、再使用されてもよい。塩基が再使用されるため、塩基を廃棄するのに付随する面倒な問題やコストを避けることが出来る。
【００６２】
アノード２１８において生じる反応は、脱炭酸反応を含む。これらの反応は、改良されたコルベ反応（フリーラジカル反応である）を含み、所定量の生成物２７１及び二酸化炭素２７２を形成する。溶媒１６０／１６０ａもまた、必要に応じて回収、リサイクルされ、後の使用のために注入口２４０に戻される。
【００６３】
一例として、図２Ａ及び２Ｂの化学反応を使用し、酸化反応を以下に示す。
【００６４】
ＣＨ３−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ２ＣＨ２ＣＯＯＮａ→ＣＨ３−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ２ＣＨ２・＋ＣＯ２＋ｅ−＋Ｎａ＋
（レブリン酸ナトリウム）→（ラジカル）＋（二酸化炭素）＋（電子）＋（ナトリウムイオン）
【００６５】
二酸化炭素２７２は放出されてもよい（１つ以上の排出口２４８を通じて）。これは安全であり、回収しても、廃棄しても、再使用してもよい自然発生的な化学物質である。
【００６６】
改良されたコルベ反応はフリーラジカル反応である。そのようなものとして、反応は（中間体として）、ＣＨ３−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ２ＣＨ２・で表されるラジカルを製造する。ラジカル種は高い反応性を有する。従って、これらのラジカル２つが一緒に反応して、以下の生成物が形成される。
【００６７】
ＣＨ３−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ２ＣＨ２・＋ＣＨ３−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ２ＣＨ２・→ＣＨ３−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ２ＣＨ２−ＣＨ２ＣＨ２−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ３
（ラジカル）＋（ラジカル）→（オクタンジオン）
【００６８】
図２に示すように、このオクタンジオンは生成物２７１を作る。もし、レブリン酸ナトリウムが精製されれば、オクタンジオンが主生成物質となる。しかしながら、他の実施態様において、これらは、オクタンジオンに加えて形成される他の生成物であってもよい。これらの生成物は、水素ラジカルの存在を元に形成される（ギ酸塩の脱炭酸反応から及び／又は水素ガスから形成される）。これらの水素ラジカルは、これらの化学種と反応できる（ラジカル反応または水素引抜き反応のどちらか）。
【００６９】
ＣＨ３−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ２ＣＨ２・＋Ｈ・→ＣＨ３−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ２ＣＨ３
（ラジカル）＋（水素ラジカル）→（ＭＥＫ）
ＣＨ３−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ２ＣＨ２・＋Ｈ２→ＣＨ３−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ２ＣＨ３＋Ｈ・
（ラジカル）＋（水素ガス）→（ＭＥＫ）＋（水素ラジカル）
【００７０】
従って、この反応では、生成物の一部としてＭＥＫ（メチルエチルケトン）を製造する。更に、もし、ギ酸塩の脱炭酸反応または水素引抜きプロセスからの水素ラジカル（Η・）が系内に存在すれば、これらのラジカルは互いに反応して水素ガスを形成する。
【００７１】
Ｈ・＋Ｈ・→Ｈ２
（水素ラジカル）＋（水素ラジカル）→（水素ガス）
【００７２】
米国仮特許出願第６１／５７７，４９６号は、反応セル内でＨ・（水素ラジカル）を形成する種々の方法を開示する数多くの異なる実施態様を含んでいる。これらの水素ラジカルを形成する方法は、Ｐｄ触媒を使用した光分解などを含む。本発明で記載されるように、これらの水素ラジカルは反応して、水素ガス、ＭＥＫまたは他の生成物を製造する。当業者は、水素ラジカルを製造するそのような実施態様が、本実施態様と結びつけて使用されてもよいことを理解するであろう。しかしながら、簡潔に記すために、水素ラジカルを形成するためのこれらの方法の記載は繰返さないこととする。
【００７３】
図３の実施態様は、セルが二室を有するように設計されている。しかしながら、当業者なら、それらの実施態様がセル内に１つの室（単室）を有するように構成されてもよいということは理解できるであろう。
【００７４】
図３のセル内で製造されるオクタンジオンが、燃料添加剤（例えば、ガソリン添加剤）および／または炭化水素燃料として使用できる。それゆえ、本開示において、図３のセルを使用してバイオマスが炭化水素燃料に変換される。
【００７５】
上述の実施態様は、陽極液室内のレブリン酸ナトリウムの使用を示す。しかしながら、上記の通り、実施態様は、レブリン酸ナトリウム以外の異なる原料物質の使用した場合であってもよい。例えば、図４は、図３のセル２００と類似のセル３００の実施態様を示す。しかしながら、図４の実施態様は、陽極液がレブリン酸ナトリウムの代わりに吉草酸ナトリウムから成る（他の構成において、セル３００はセル２００と類似するため、簡潔に記すために、上記で記載されたセル３００の類似の構成を再度記載することは省略する）。この吉草酸ナトリウムはバイオマスから形成されてもよい。具体的に、上述のように、六炭糖がレブリン酸およびギ酸に変換される。
【００７６】
Ｃ６Ｈ１２Ｏ６→Ｃ５Ｈ８Ｏ３＋ＨＣＯ２Ｈ＋Ｈ２Ｏ
（六炭糖）→（レブリン酸）＋（ギ酸）＋（水）
【００７７】
上述のように、レブリン酸は反応してγ−バレロラクトンを形成してもよい。
Ｃ５Ｈ８Ｏ３＋Ｈ２→Ｃ５Ｈ８Ｏ２＋Ｈ２Ｏ
（レブリン酸）＋（水素）→（γ−バレロラクトン）＋（水）
【００７８】
次に、図５Ａに示すように、このγ−バレロラクトンは、更に水素と反応して吉草酸（Ｃ５Ｈ１０Ｏ２）を形成する。
【００７９】
Ｃ５Ｈ８Ｏ２＋Ｈ２→Ｃ５Ｈ１０Ｏ２
（γ−バレロラクトン）＋（水素）→（吉草酸）
【００８０】
次に、この吉草酸は塩基（例えば、ＮａＯＨ、ＮａＯＣＨ３等）と反応して吉草酸ナトリウム（又は他のアルカリ金属吉草酸塩）を形成する。これらの反応は図５Ｂに示される。
【００８１】
この吉草酸塩は、次に図４のセル内で反応してオクタンを形成する。より具体的には、吉草酸塩１８０（例えば、吉草酸ナトリウム１８０ａ）は、図４のセル３００内で脱炭酸して、ＣＨ３−ＣＨ２−ＣＨ２ＣＨ２・ラジカルを形成する。これらの２つのラジカルはセル内で互いに結合して、オクタンを形成する。
【００８２】
ＣＨ３−ＣＨ２−ＣＨ２ＣＨ２・＋ＣＨ３−ＣＨ２−ＣＨ２ＣＨ２・→ＣＨ３−（ＣＨ２）６−ＣＨ３
（ラジカル）＋（ラジカル）→（オクタン）
【００８３】
オクタンは、ガソリンや他の燃料として使用される価値のある炭化水素である。このオクタン生成物は、図４の生成物３７１として示されている。従って、この実施態様の使用により、オクタンが形成される。
【００８４】
図６Ａ及び６Ｂを参照すると、γ−バレロラクトンの加水分解反応が示されている。具体的には、γ−バレロラクトンは塩基と反応する。更に具体的には、図６Ａはγ−バレロラクトンとＮａＯＨとの反応を示し、図６Ｂはγ−バレロラクトンとＮａＯＣＨ３との反応を示す。当業者であれば、他の塩基も類似の方法によって使用できることが理解できるであろう。図６Ａに示すように、γ−バレロラクトンとＮａＯＨとの反応では、ＨＯ（ＣＨ２）４ＣＯＯＮａが製造される。同様に、図６Ｂに示すように、γ−バレロラクトンとＮａＯＣＨ３との反応では、ＣＨ３Ｏ（ＣＨ２）４ＣＯＯＮａが製造される。
【００８５】
図７に示すように、化学種ＨＯ（ＣＨ２）４ＣＯＯＮａ及び／又はＣＨ３Ｏ（ＣＨ２）４ＣＯＯＮａが、上記で説明されたのと同様に、セル４００内で使用される。化学種ＨＯ（ＣＨ２）４ＣＯＯＮａ及び／又はＣＨ３０（ＣＨ２）４ＣＯＯＮａは、図６Ａ−６Ｂの反応を使用して形成される。ＨＯ（ＣＨ２）４ＣＯＯＮａ及び／又はＣＨ３Ｏ（ＣＨ２）４ＣＯＯＮａは、符号１８０／１８０ａで示されるように添加される。より具体的には、符号１８０は特別なアニオンのナトリウム塩を表し、符号１８０はもっと一般的なアニオンの「アルカリ金属塩」を表す。次に、これらの化学種は脱炭酸し、以下のラジカル：ＨＯ（ＣＨ２）４・及びＨ３ＣＯ（ＣＨ２）４・を形成する。このラジカルは以下のように結合する。
【００８６】
ＨＯ（ＣＨ２）４.＋ＨＯ（ＣＨ２）４.→ＨＯ（ＣＨ２）８ＯＨ
（ラジカル）＋（ラジカル）→（ジオール）
Ｈ３ＣＯ（ＣＨ２）４.＋Ｈ３ＣＯ（ＣＨ２）４.→Ｈ３ＣＯ（ＣＨ２）８ＯＣＨ３
（ラジカル）＋（ラジカル）→（ジエーテル）
【００８７】
これらのジオール又はジエーテルは、図７中に生成物４７１として示される。このようなジオール又はジエーテル生成物は、ガソリンや他の燃料への添加剤として使用されてもよい。
【００８８】
ここで説明されたセル２００、３００及び４００は特別な利点を有する。例えば、セル２００、３００及び４００において、カルボン酸それ自身を使用する代わりにカルボン酸のナトリウム塩を使用することに関連する特別な利点がある。これらの利点とは、（１）Ｒ−ＣＯＯＮａはＲ−ＣＯＯＨに比べてより極性を有するために、カルボン酸塩より低い電位で脱炭酸反応がより確実に起こる点、（２）脂肪酸それ自身よりも脂肪酸のナトリウム塩の方が、電解液の伝導性が高い点および（３）陽極液および陰極液が完全に異なることが出来、それぞれの電極において好適な反応が起きる点である。
【００８９】
更に、セル２００、３００及び４００において、ナトリウムイオン伝導性膜を使用することに関連する利点がある。例えば、ナトリウムイオン伝送性固体電解質膜は、電位の影響下で、陽極液と陰極液とが混合することなく、陽極液室から第１の陰極液室にナトリウムイオン（Ｎａ＋）を選択的に透過する。そのような固体電解質膜の例としては、ＮａＳＩＣＯＮ構造を有する膜、ナトリウム伝導性ガラス、β−アルミナ及び固体高分子ナトリウムイオン伝導体が挙げられる。
【００９０】
図１〜７を纏めて参照して更なる実施態様を説明する。具体的には、本実施態様は、Ｒ・（Ｒラジカル）とＲ・（Ｒラジカル）とのカップリング反応により燃料として好適に使用される化合物を製造することが示される。第２のアルカリ金属カルボン酸塩が、ここに記載する化合物とともに使われ、陽極液の部分として使用されるということを当業者は理解するであろう。この第２のカルボン酸塩種は炭素数１〜７を有する。この第２のカルボン酸塩に使用により、いくつかの利点を有する。
【００９１】
（１）第２のカルボン酸塩が、高い電解質伝導性を付与する好適な支持電解質として機能する；
【００９２】
（２）第２のカルボン酸塩は、以下に示す反応により、それ自身脱炭酸し、アルキルラジカルを形成する。
Ｒ’−ＣＯＯＮａ→Ｒ・＋ＣＯ２＋ｅ−＋Ｎａ＋；及び／又は、
【００９３】
（３）第２アルキルラジカルは、更に、第１の炭酸ナトリウムから（レブリン酸ナトリウム又は吉草酸ナトリウム或いはγ−バレロラクトンの塩基加水分解物から）形成されたラジカルと反応でき、更にＣＨ３−（又は他のアルキル基）官能基を有する炭化水素を形成する。
【００９４】
Ｒ・＋Ｒ’→Ｒ−Ｒ’
Ｒ−Ｒ’生成物は、ディーゼル燃料またはディーゼル燃料添加剤の領域の炭素数を有する炭化水素である。
【００９５】
図８を参照すると、炭化水素燃料化合物を製造するための方法８００のフローチャートが示されている。方法８００は所定量のバイオマスを得る工程８０４を含む。上述のように、このバイオマスは、植物、動物、藻類又は他の供給源から得る。このバイオマスは、炭水化物に変換させられる（工程８０８）。炭水化物は六炭糖に変換させられる（工程８１２）。記載されているように、六炭糖は反応して、アルカリ金属レブリン酸塩、アルカリ金属吉草酸塩、アルカリ金属５−ヒドロキシペンタノエート（ＨＯ（ＣＨ２）４ＣＯＯＮａ）又はアルカリ金属５−アルコキシペンタノエート（ＲＯ（ＣＨ２）４ＣＯＯＮａを形成する（Ｒは、メチル、エチル、ブチル、プロピル、イソプロピル又は所望のアルキル基などのアルキル基である）。これらの化合物の製造法は上記に記載されている。一方、アルカリ金属レブリン酸塩、アルカリ金属吉草酸塩、アルカリ金属５−ヒドロキシペンタノエート（ＨＯ（ＣＨ２）４ＣＯＯＮａ）又はアルカリ金属５−アルコキシペンタノエートは市販品を購入したり他の方法で得られる。
【００９６】
記載されているように、このアルカリ金属レブリン酸塩、アルカリ金属吉草酸塩、アルカリ金属５−ヒドロキシペンタノエート又はアルカリ金属５−アルコキシペンタノエートを陽極液に添加する工程８２０を含む。一旦調製された後、陽極液は電解セル内に配置される。アルカリ金属レブリン酸塩、アルカリ金属吉草酸塩、アルカリ金属５−ヒドロキシペンタノエート又はアルカリ金属５−アルコキシペンタノエートが、電解セル内で脱炭酸される工程８２４を含む。この脱炭酸反応により、アルカリ金属レブリン酸塩、アルカリ金属吉草酸塩、アルカリ金属５−ヒドロキシペンタノエート又はアルカリ金属５−アルコキシペンタノエートをラジカルに変換し、ラジカルは反応して炭化水素燃料生成物を形成する。例えば、原料がアルカリ金属レブリン酸塩の場合、ラジカルは反応して（カップリング）２，７−オクタジオン（ガソリン添加剤）を形成する。原料がアルカリ金属吉草酸塩の場合、ラジカルは反応して（カップリング）オクタンを形成する。原料がアルカリ金属５−アルコキシペンタノエートの場合、ラジカルは反応して（カップリング）１，８−ジアルコキシオクタンを形成する。原料がアルカリ金属５−ヒドロキシペンタノエートの場合、ラジカルは反応して（カップリング）１，８−ヒドロキオクタンを形成する。
【００９７】
図９を参照して、本発明の他の実施態様の方法９００を説明する。方法９００は、炭化水素燃料化合物を形成するために使用される。この方法は、所定量の六炭糖を得る工程９０４を含む。一旦得られた後、六炭糖を反応させ、アルカリ金属レブリン酸塩、アルカリ金属吉草酸塩、アルカリ金属５−ヒドロキシペンタノエート又はアルカリ金属５−アルコキシペンタノエートにする工程９０８を含む。
【００９８】
工程９１２で陽極液を調製する。陽極液は、所定量のアルカリ金属レブリン酸塩、アルカリ金属吉草酸塩、アルカリ金属５−ヒドロキシペンタノエート又はアルカリ金属５−アルコキシペンタノエートから成る。陽極液を一旦調製し、工程９２０で、上述のように陽極液を電気化学的セル内に配置する。
【００９９】
陽極液を電気化学的セル内に配置した後、工程９２４で、アルカリ金属レブリン酸塩、アルカリ金属吉草酸塩、アルカリ金属５−ヒドロキシペンタノエート又はアルカリ金属５−アルコキシペンタノエートは脱炭酸される。この脱炭酸反応は電解反応を含んでいてもよい。そのような脱炭酸反応は１種以上のラジカルを形成し、ラジカルは反応して、例えばオクタン、オクタジオン、１，８−ヒドロキシオクタン及び／又は１，８−ジアルコキシオクタン等の炭化水素燃料生成物を形成する。
【実施例】
【０１００】
生成物の脱炭酸反応のテストするための実験を行った。この実験を行うために電気化学的セルを調製した。セルとしては、膜とアノード間の間隙が最小の２室電気化学的セルを用いた。最小の間隙が、陽極液室内の物質移動状態を最良とするために必要である。脱炭酸反応を起こすために、平滑白金アノードを使用した。アノード室とカソード室との間に、１インチ径（２．５４ｃｍ）で１ｍｍ厚のＮａＳＩＣＯＮセラミック膜が使用された。ＮａＳＩＣＯＮ膜は、ソルトレークシティー、ユタ州のセラマテック社から入手できる。カソード室内ではニッケルカソードが使用された。
【０１０１】
実験の準備として、３つの穴あきゴム製ストッパーでシールされた１Ｌガラス製フラスコを陽極液および陰極液リザーバーとして使用した。それぞれのリザーバーはホットプレートの上に配置され、それぞれのリザーバー内に熱電対を装着した。約３００ｍｌの陽極液（１８．６％（重量／重量）レブリン酸ナトリウム／メタノール溶液）および陰極液（１５重量％ＮａＯＨ水溶液）が使用された。温度は温度コントローラーで制御され、陽極液および陰極液に供給される溶液の温度を４５℃に維持した。陽極液および陰極液を循環させるのにポンプが使用された。
【０１０２】
実験概要：電気化学的脱炭酸反応は、電流密度〜５０ｍＡ／ｃｍ２（膜面積に対して）で７時間行われた。セルは、原料として使用できるナトリウム量の２０％（重量／重量）が除去されるまで作動させた。この一定電流下における電圧曲線の試験データを図１０に示す。電圧は、ナトリウム除去および脱炭酸反応プロセスの間一定であった。
【０１０３】
結果：反応後の陽極液をＧＣ−ＭＳ分析により分析した。２，７−オクタンジオンが主成分であり、少量の不明の副生物とメチルレブリン酸塩およびレブリン酸の痕跡とが同伴していることが判った。このＧＣクロマトグラフィーを図１１に示す。
【０１０４】
本開示中の全ての記事／論文は参照により本発明に明確に含まれる。本発明は、幅広く記載される後述の請求の範囲としての構成、方法または他の必須特性を逸脱しないで他の具体的な形態を実施できる。記載された実施態様は、全ての点において単なる例示であり、これに限定されないと考えるべきである。本発明の要旨は、それゆえ、上述の記載よりもむしろ添付の請求の範囲によって示される。請求の範囲と均等である手段や範囲内でのいかなる変更も、本発明の範囲内である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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