Πώς Biobutanol μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο κινητήρων

Η βιοβουτανόλη είναι αλκοόλη τεσσάρων ατόμων άνθρακα που προέρχεται από τη ζύμωση βιομάζας. Όταν παράγεται από πρώτες ύλες με βάση το πετρέλαιο, συνήθως ονομάζεται βουτανόλη. Η βιοβουτανόλη είναι στην ίδια οικογένεια με άλλες κοινώς γνωστές αλκοόλες, συγκεκριμένα με μεθανόλη μονής ανθράκης, και η πιο γνωστή αλκοόλη δύο ατόμων άνθρακα αιθανόλη. Η σημασία του αριθμού των ατόμων άνθρακα σε οποιοδήποτε δεδομένο μόριο αλκοόλης σχετίζεται άμεσα με το ενεργειακό περιεχόμενο αυτού του συγκεκριμένου μορίου. Τα περισσότερα άτομα άνθρακα που υπάρχουν, ειδικά σε μεγάλες αλυσίδες άνθρακα-άνθρακα, η πυκνότερη στην ενέργεια είναι το αλκοόλ.

Οι ανακαλύψεις σε μεθόδους επεξεργασίας με βιοβουτανόλη, δηλαδή η ανακάλυψη και ανάπτυξη γενετικά τροποποιημένων μικροοργανισμών, έθεσε το στάδιο για τη βιοβουτανόλη να ξεπεράσει την αιθανόλη ως ανανεώσιμο καύσιμο. Μόλις θεωρηθεί ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο ως βιομηχανικός διαλύτης και χημική πρώτη ύλη, η βιοβουτανόλη δείχνει μεγάλη υπόσχεση ως κινητήρα καύσιμα

Η βιοβουτανόλη προέρχεται κυρίως από τη ζύμωση των σακχάρων σε βιολογικές πρώτες ύλες (βιομάζα). Ιστορικά, μέχρι περίπου τα μέσα της δεκαετίας του '50, η βιοβουτανόλη ζυμώθηκε από απλά σάκχαρα σε μια διαδικασία που παρήγαγε ακετόνη και αιθανόλη, επιπλέον του συστατικού βουτανόλης. Η διαδικασία είναι γνωστή ως ΑΒΕ (ακετόνη βουτανόλη αιθανόλη) και έχει χρησιμοποιήσει απλοϊνωμένα (και όχι ιδιαίτερα εγκάρδια) μικρόβια όπως Clostridium acetobutylicum. Το πρόβλημα με αυτόν τον τύπο μικροβίων είναι ότι δηλητηριάζεται από την ίδια βουτανόλη που παράγει μόλις η συγκέντρωση αλκοόλης αυξηθεί πάνω από περίπου 2%. Αυτό το πρόβλημα επεξεργασίας προκαλείται από την εγγενή αδυναμία των γενόσημων μικροβίων, συν το φθηνό και άφθονο (τότε) το πετρέλαιο έδωσε τη θέση του στην απλούστερη και φθηνότερη μέθοδο απόσταξης από πετρέλαιο διύλισης βουτανόλη.

Μου, πώς αλλάζουν οι χρόνοι. Τα τελευταία χρόνια, με τις τιμές πετρελαίου να κατευθύνονται σταθερά προς τα πάνω και να φτάνουν οι παγκόσμιες προμήθειες αυστηρότερες και αυστηρότερες, οι επιστήμονες επανεξέτασαν τη ζύμωση των σακχάρων για την παραγωγή του βιοβουτανόλη. Μεγάλα βήματα έχουν γίνει από τους ερευνητές για τη δημιουργία "σχεδιαστών μικροβίων" που μπορούν να ανεχθούν υψηλότερες συγκεντρώσεις βουτανόλης χωρίς να σκοτωθούν.

Η ικανότητα να αντέχει σκληρά περιβάλλοντα υψηλής περιεκτικότητας σε αλκοόλ, καθώς και ο ανώτερος μεταβολισμός αυτών των γενετικά ενισχυμένων βακτηρίων τους έχει ενισχύσει με την απαιτούμενη αντοχή για να υποβαθμίσει τις σκληρές κυτταρινικές ίνες των τροφοδοτικών αποθεμάτων βιομάζας όπως τα πολτοποιημένα ξύλα και διακόσμηση. Η πόρτα έχει κλωτσήσει ανοικτά και η πραγματικότητα του κόστους ανταγωνιστικού, αν όχι φθηνότερου, ανανεώσιμου καυσίμου με αλκοόλ είναι επάνω μας.

Έτσι λοιπόν, όλη αυτή η φανταχτερή χημεία και η έντονη έρευνα, η βιοβουτανόλη έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με την πιο εύκολη στην παραγωγή αιθανόλη.

• Η βιοβουτανόλη έχει υψηλότερο ενεργειακό περιεχόμενο από την αιθανόλη, οπότε υπάρχει πολύ μικρότερη απώλεια οικονομίας καυσίμου. Με ενεργειακό περιεχόμενο περίπου 105.000 BTU / γαλόνι (έναντι περίπου 84.000 BTUs / γαλόνι αιθανόλης), η βιοβουτανόλη είναι πολύ πιο κοντά στο ενεργειακό περιεχόμενο της βενζίνης (114.000 BTUs / γαλόνι).
• Η βιοβουτανόλη μπορεί να αναμιχθεί εύκολα με συμβατική βενζίνη σε υψηλότερες συγκεντρώσεις από την αιθανόλη για χρήση σε μη τροποποιημένους κινητήρες. Τα πειράματα έχουν δείξει ότι η βιοβουτανόλη μπορεί να τρέξει σε μη τροποποιημένο συμβατικό κινητήρα στο 100 τοις εκατό, αλλά μέχρι σήμερα, κανένας κατασκευαστής δεν θα δικαιολογεί τη χρήση μιγμάτων μεγαλύτερων από 15 τοις εκατό.
• Επειδή είναι λιγότερο επιρρεπής στον διαχωρισμό με την παρουσία ύδατος (από την αιθανόλη), μπορεί να διανεμηθεί μέσω συμβατικής υποδομής (αγωγούς, εγκαταστάσεις ανάμειξης και δεξαμενές αποθήκευσης). Δεν υπάρχει ανάγκη για ξεχωριστό δίκτυο διανομής.
• Είναι λιγότερο διαβρωτικό από την αιθανόλη. Όχι μόνο η βιοβουτανόλη είναι ένα υψηλότερης ποιότητας ενεργειακά πυκνό καύσιμο, αλλά είναι επίσης λιγότερο εκρηκτικό από την αιθανόλη.
• Τα αποτελέσματα των δοκιμών EPA δείχνουν ότι η βιοβουτανόλη μειώνει τις εκπομπές, δηλαδή υδρογονάνθρακες, μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και οξείδια του αζώτου (NOx). Οι ακριβείς τιμές εξαρτώνται από την κατάσταση του κινητήρα.

Αλλά αυτό δεν είναι όλα. Η βιοβουτανόλη ως καύσιμο κινητήρων - με τη δομή της μακράς αλυσίδας και με την υπεροχή των ατόμων υδρογόνου - θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως ένα βήμα για να φέρει οχήματα κυψελών καυσίμου υδρογόνου στην κύρια ροή. Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις που αντιμετωπίζει η ανάπτυξη οχημάτων με κυψέλες καυσίμου υδρογόνου είναι η αποθήκευση υδρογόνου επί του πλοίου για βιώσιμη εμβέλεια και η έλλειψη υποδομής υδρογόνου για την τροφοδοσία καυσίμου Η υψηλή περιεκτικότητα σε υδρογονάνθρακες της βουτανόλης θα την καθιστούσε ιδανικό καύσιμο για τη μεταρρύθμιση στο πλοίο. Αντί να καίγεται η βουτανόλη, ένας μετασχηματιστής θα εξάγει το υδρογόνο για να τροφοδοτήσει την κυψέλη καυσίμου.

Δεν είναι συνηθισμένο για ένα Τύπος καυσίμου να έχει τόσα πολλά προφανή πλεονεκτήματα χωρίς τουλάχιστον ένα λαμπερό μειονέκτημα. Ωστόσο, με το επιχείρημα της βιοβουτανόλης έναντι της αιθανόλης, αυτό δεν συμβαίνει.

Επί του παρόντος, το μόνο πραγματικό μειονέκτημα είναι ότι υπάρχουν πολλές ακόμη μονάδες διύλισης αιθανόλης από τα διυλιστήρια βιοβουτανόλης. Και ενώ οι εγκαταστάσεις ραφιναρίσματος αιθανόλης ξεπερνούν κατά πολύ τις τιμές για τη βιοβουτανόλη, είναι εφικτή η δυνατότητα μετασκευής φυτών αιθανόλης σε βιοβουτανόλη. Και καθώς οι βελτιώσεις συνεχίζονται με τους γενετικά τροποποιημένους μικροοργανισμούς, η σκοπιμότητα μετατροπής των εγκαταστάσεων γίνεται όλο και μεγαλύτερη.

Είναι ξεκάθαρο ότι η βιοβουτανόλη αποτελεί την καλύτερη επιλογή αιθανόλη σαν βενζίνη πρόσθετο και ενδεχομένως αντικατάσταση βενζίνης. Για τα τελευταία 30 χρόνια περίπου η αιθανόλη είχε το μεγαλύτερο μέρος της τεχνολογικής και πολιτικής στήριξης και έχει σποράσει την αγορά ανανεώσιμων καυσίμων για καύσιμα αλκοόλης. Η βιοβουτανόλη είναι τώρα έτοιμη να πάρει το μανδύα.