Cum poate fi folosit biobutanolul ca combustibil pentru motor

Biobutanolul este alcoolul cu patru carbon provenit din fermentarea biomasei. Când este produs din materii prime pe bază de petrol, se numește în mod obișnuit butanol. Biobutanolul face parte din aceeași familie ca alți alcooli cunoscuți în mod obișnuit, și anume metanolul cu un singur carbon și mai cunoscutul etanol alcool cu ​​două carbonuri. Importanța numărului de atomi de carbon în orice moleculă dată de alcool este direct legată de conținutul de energie al acelei molecule. Cu cât sunt prezenți mai mulți atomi de carbon, în special în lanțurile lungi de legătură carbon-carbon, cu atât este mai dens în energie alcoolul.

Descoperiri în metodele de prelucrare a biobutanolului, și anume descoperirea și dezvoltarea microorganismelor modificate genetic, au creat stadiul pentru biobutanol să depășească etanolul ca combustibil regenerabil. Odată considerat utilizabil doar ca solvent industrial și materie primă chimică, biobutanolul prezintă o mare promisiune ca combustibil pentru motor datorită densității sale de energie favorabile și redă o economie de combustibil mai bună și este considerat un combustibil motor superior (în comparație cu etanolul).

Producția de biobutanol

Biobutanolul este derivat în principal din fermentarea zaharurilor din materiile prime organice (biomasă). Istoric, până la aproximativ mijlocul anilor 50, biobutanolul a fost fermentat din zaharuri simple într-un proces care a produs acetonă și etanol, pe lângă componenta butanolului. Procedeul este cunoscut sub denumirea de ABE (Acetona Butanol Etanol) și a folosit microbi nesofisticat (și nu în mod deosebit de puternic), cum ar fi Clostridium acetobutylicum. Problema cu acest tip de microbi este că este otrăvit de însăși butanolul pe care îl produce odată ce concentrația de alcool crește peste aproximativ 2%. Această problemă de prelucrare cauzată de slăbiciunea inerentă a microbilor de calitate generică, la care se adaugă petrolul ieftin și abundent (la vremea respectivă) a dat loc metodei de distilare mai ușoare și mai ieftine din rafinarea butanolului.

Cum, cum se schimbă timpul. În ultimii ani, prețurile petrolului orientându-se constant în sus și livrările la nivel mondial din ce în ce mai strânse, oamenii de știință au revizuit fermentarea zaharurilor pentru fabricarea biobutanolului. Cercetătorii au făcut mari pași în crearea de „microbi designeri” care pot tolera concentrații mai mari de butanol fără a fi uciși.

Abilitatea de a rezista la medii dure de alcool cu ​​concentrații ridicate, plus metabolismul superior al acestor bacterii îmbunătățite genetic le-a întărit cu rezistența necesară degradării fibrelor celulozice dure din materiile prime de biomasă, cum ar fi pădurele de pulp și iarba de schimb. Ușa a fost deschisă și realitatea costurilor competitive, dacă nu chiar mai ieftine, cu combustibil regenerabil cu motor este pe deasupra.

avantaje

Așadar, toată această chimie fantezistă și o cercetare intensă, cu toate acestea, biobutanolul are multe avantaje față de cele mai ușor de produs cu etanol.

• Biobutanolul are un conținut energetic mai mare decât etanolul, deci există o pierdere mult mai mică a economiei de combustibil. Cu un conținut energetic de aproximativ 105.000 BTU / galon (versus aproximativ 84.000 BTU / etanol), biobutanolul este mult mai aproape de conținutul energetic al benzinei (114.000 BTU / galon).
• Biobutanolul poate fi ușor amestecat cu benzină convențională la concentrații mai mari decât etanolul pentru utilizare în motoare nemodificate. Experimentele au arătat că biobutanolul poate funcționa într-un motor convențional nemodificat la 100 la sută, dar până în prezent, niciun producător nu va justifica utilizarea amestecurilor mai mari de 15 la sută.
• Deoarece este mai puțin sensibil la separare în prezența apei (decât etanolul), aceasta poate fi distribuită prin infrastructură convențională (conducte, instalații de amestec și rezervoare de stocare). Nu este nevoie de o rețea de distribuție separată.
• Este mai puțin coroziv decât etanolul. Nu numai că biobutanolul este un combustibil cu densitate energetică de calitate superioară, dar este și mai puțin exploziv decât etanolul.
• Rezultatele testelor EPA arată că biobutanolul reduce emisiile, și anume hidrocarburi, monoxid de carbon (CO) și oxizi de azot (NOx). Valorile exacte depind de starea de ton a motorului.

Dar asta nu este tot. Biobutanolul ca combustibil pentru motor - cu structura lungă a lanțului și preponderența atomilor de hidrogen - ar putea fi utilizat ca un element de întârziere în aducerea vehiculelor cu celule de hidrogen la curent. Una dintre cele mai mari provocări cu care se confruntă dezvoltarea vehiculelor cu celule cu hidrogen este stocarea hidrogenului la bord pentru o autonomie durabilă și lipsa infrastructurii de hidrogen pentru alimentarea cu combustibil. Conținutul ridicat de hidrogen în butanol ar face un combustibil ideal pentru reformarea la bord. În loc să ardă butanolul, un reformator ar extrage hidrogenul pentru a alimenta celula de combustibil.

Dezavantaje

Nu este obișnuit ca un tip de combustibil să aibă atât de multe avantaje evidente, fără cel puțin un dezavantaj strălucitor; cu toate acestea, cu argumentul biobutanol versus etanol, acesta nu pare să fie cazul.

În prezent, singurul dezavantaj real este că există mai multe facilități de rafinare a etanolului decât rafinăriile de biobutanol. Și în timp ce instalațiile de rafinare a etanolului le depășesc cu mult pe cele pentru biobutanol, posibilitatea reamenajării plantelor de etanol în biobutanol este posibilă. Și pe măsură ce rafinările continuă cu microorganisme modificate genetic, fezabilitatea plantelor de transformare devine din ce în ce mai mare.

Este clar că biobutanolul este alegerea superioară a etanolului ca aditiv pentru benzină și, eventual, înlocuirea benzinei. În ultimii 30 de ani, etanolul a beneficiat de cea mai mare parte din sprijinul tehnologic și politic și a însămânțat piața combustibilului pentru motoare din alcool regenerabil. Biobutanolul este acum pregătit să ridice mantaua.