黃英婷/工研院材化所
2,5-呋喃二甲酸(2,5-furandicarboxylic acid; FDCA)是一種二元酸，並被視為最具有市場潛力的關鍵中間單體，與乙二醇進行聚合將生成聚2,5-呋喃二甲酸乙二酯(polyethylene 2,5-furandicarboxylate; PEF)，PEF是性質優越的新世代生質材料，其阻氣、阻水性已被證明優於聚對苯二甲酸乙二酯(poly(ethylene terephthalate); PET)。早在1876年時，德國化學家Wilhelm Rudolf Fittig即從半乳糖二酸(mucic acid)與氫溴酸合成出FDCA，於當時被稱為dehydromucic acid，但並沒有引起多大的注意。一直到近十年，由於其原料為生質來源，並被美國能源部(United States Department of Energy)列為最具有發展潛力的12種生質化學品之一，且其聚酯PEF具有優越的性質才紛紛引起國際大廠的注意。
國際上FDCA的發展狀況
國際上以荷蘭Avantium公司最早投入FDCA及其上下游產業鏈的發展，如圖一。Avantium於2006年開始執行YXY計畫，即從植物製備塑膠計畫(Plants to plastics)，並於2011年底發表第一支PEF寶特瓶，從此開始與國際大廠Danone、Coca-Cola、Mitsui、Toyobo等公司結盟，並募得大筆投資資金，到了2017年再與BASF合資成立Synvina公司，並預計建立FDCA的示範廠，但因為雙方對於FDCA的建廠期程有歧見，因而BASF公司退出Synvina，目前Synvina由Avantium公司獨資持有，預計2023年於荷蘭Delfzijl的化工園區建立年產能5,000噸的FDCA示範廠。
圖一、Avantium於FDCA上下游產業鏈的發展進程
除了Avantium公司投入FDCA相關能量研發之外，國際上也有相當多公司投入相關的研究發展，AVA-Biochem除了販售FDCA的原料5-羥甲基糠醛(Hydroxymethylfurfural; HMF)，也宣稱將建造年產量3萬噸的FDCA廠[4]，並將擴充到12萬噸。Dupont則與ADM合建FDCA的酯化產物呋喃-2,5-二甲酸二甲酯(Dimethylfuran-2,5-dicarboxylate，DMFDC或FDME)廠，產能預計為每年60噸。Corbion則是投入生物法生產FDCA，從發酵液中萃取出FDCA。其他如巴西的Braskem與Petrobras、義大利的NOVAMONT以及芬蘭的VTT Technical Research Centre也都投入FDCA的研發。因而目前FDCA及其衍生物的年產量約為4噸，市值約為4,000萬美元，FDCA的產能在各家國際公司建廠之後，將達到50萬噸。
FDCA的應用範圍
由於FDCA是一種二元酸，故也被視為具有取代對苯二甲酸 (Terephthalic acid; PTA)之潛力，應用範圍非常廣泛，如圖二所示。FDCA與其他單體聚合後可形成聚酯、聚醯胺、聚氨酯、熱固性聚合物以及塑化劑。根據Grand View Research的報導，預估FDCA將應用於聚酯類為最多，聚醯胺則次之。此外，由於PEF優越的阻氣、阻水性，故在寶特瓶、機能性纖維和包裝材料等引起相當大的關注。嘉士伯也與Avantium合作，開發紙啤酒瓶，紙瓶原型是由Paboco公司所研發而成，由於PEF的高阻性，因而透過在瓶壁上塗一層PEF，就可以保存啤酒、碳酸飲料。除此之外，Evonik公司亦投入以FDCA與長碳鏈進行酯化，應用於塑化劑。
FDCA的製備方法
FDCA除了以HMF作為原料氧化製備之外，也可以從半乳糖二酸在酸催化下脫水形成，或以糠醛(Furfural)作為起始物，經由氧化、酯化等等的步驟生成FDCA。然而，從半乳糖二酸作為起始物所需的反應時間過長(>20hr)，以糠醛作為起始物則所需步驟繁多，兩者皆不具經濟效益，因而目前製備FDCA的方法多以HMF作為原料，而且HMF為生質來源，可由---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。