Как биобутанол можно использовать в качестве моторного топлива

Биобутанол представляет собой четырехуглеродный спирт, полученный в результате ферментации биомассы. Когда он производится из сырья на нефтяной основе, его обычно называют бутанолом. Биобутанол принадлежит к тому же семейству, что и другие общеизвестные спирты, а именно одноуглеродный метанол и более известный двухуглеродный спирт этиловый спирт. Важность числа атомов углерода в любой данной молекуле спирта напрямую связана с содержанием энергии этой конкретной молекулы. Чем больше атомов углерода присутствует, особенно в длинных цепочках углерод-углеродных связей, тем плотнее в энергии спирт.

Прорыв в методах переработки биобутанола, а именно открытие и разработка генетически модифицированных микроорганизмов, создал основу для того, чтобы биобутанол превзошел этанол в качестве возобновляемого топлива. Биобутанол, когда-то считавшийся пригодным для использования только в качестве промышленного растворителя и химического сырья, демонстрирует большие перспективы в качестве двигателя. топливо

Биобутанол получают в основном в результате ферментации сахаров в органическом сырье (биомассе). Исторически, примерно до середины 50-х годов, биобутанол ферментировали из простых сахаров в процессе, который производил ацетон и этанол в дополнение к бутанольному компоненту. Этот процесс известен как ABE (ацетон-бутанол-этанол) и использует неискушенные (и не особенно сердечные) микробы, такие как Clostridium acetobutylicum. Проблема с этим типом микроба состоит в том, что он отравлен самим бутанолом, который он производит, когда концентрация алкоголя поднимается выше примерно 2 процентов. Эта проблема обработки, вызванная слабостью микробов общего сорта, а также недорогих и обильных (в то время) нефть уступила место более простому и более дешевому способу перегонки из нефти бутанол.

Мой, как времена меняются. В последние годы, когда цены на нефть неуклонно растут, а поставки по всему миру Ученые все больше и больше возвращаются к ферментации сахаров для производства биобутанола. Исследователи добились больших успехов в создании «дизайнерских микробов», способных переносить более высокие концентрации бутанола без гибели.

Способность противостоять жестким высококонцентрированным алкогольным средам, а также превосходный метаболизм этих генетически улучшенных бактерий укрепил их выносливостью, необходимой для разрушения жестких целлюлозных волокон из сырья биомассы, таких как мясистая древесина и проса. Дверь открыта, и реальность конкурентоспособной стоимости, если не дешевле, возобновляемого алкогольного моторного топлива.

Таким образом, несмотря на всю эту причудливую химию и интенсивные исследования, биобутанол имеет много преимуществ по сравнению с простым в производстве этанолом.

• Биобутанол имеет более высокое содержание энергии чем этанол, таким образом, экономия топлива значительно ниже. При содержании энергии около 105 000 БТЕ / галлон (в сравнении с приблизительно 84 000 БТЕ / галлон этанола) биобутанол намного ближе к содержанию энергии в бензине (114 000 БТЕ / галлон).
• Биобутанол может быть легко смешан с обычным бензином в более высоких концентрациях, чем этанол, для использования в немодифицированных двигателях. Эксперименты показали, что биобутанол может работать в неизмененном обычном двигателе на 100 процентов, но на сегодняшний день ни один производитель не гарантирует использование смесей выше 15 процентов.
• Потому что он менее подвержен разделению при наличии воды (кроме этанола) ее можно распределять через обычную инфраструктуру (трубопроводы, установки для смешивания и резервуары для хранения). Нет необходимости в отдельной распределительной сети.
• Это менее агрессивно, чем этанол. Биобутанол не только является более энергоемким топливом более высокого качества, но он также менее взрывоопасен, чем этанол.
• Результаты испытаний EPA показывают, что биобутанол снижает выбросы, а именно углеводороды, окись углерода (CO) и оксиды азота (NOx). Точные значения зависят от состояния двигателя.

Но это не все. Биобутанол в качестве моторного топлива - с его длинной цепной структурой и преобладанием атомов водорода - может быть использован в качестве трамплина для вывода транспортных средств на водородных топливных элементах в основное русло. Одной из самых больших проблем, стоящих перед разработкой транспортных средств на водородных топливных элементах, является хранение на борту водорода для устойчивого радиуса действия и отсутствие водородной инфраструктуры для заправки. Высокое содержание водорода в бутаноле сделало бы его идеальным топливом для бортового риформинга. Вместо того, чтобы сжигать бутанол, реформатор извлекал бы водород для питания топливного элемента.

Это не характерно для одного тип топлива иметь так много очевидных преимуществ без хотя бы одного яркого недостатка; однако, с аргументом «биобутанол против этанола», похоже, это не так.

В настоящее время единственным реальным недостатком является то, что существует намного больше установок по переработке этанола, чем заводов по переработке биобутанола. И хотя мощности по переработке этанола намного превосходят возможности по производству биобутанола, возможность переоборудования этанольных заводов в биобутанол осуществима. И так как доработки продолжаются с генетически модифицированными микроорганизмами, выполнимость преобразования растений становится все больше и больше.

Понятно, что биобутанол - лучший выбор этиловый спирт как бензин присадка и, возможно, замена бензина. В течение последних 30 лет этанол имел большую технологическую и политическую поддержку и заполнил рынок возобновляемого алкогольного моторного топлива. Биобутанол теперь готов взять мантию.