Hur biobutanol kan användas som motorbränsle

Biobutanol är fyra kolalkohol härrörande från jäsning av biomassa. När det produceras från petroleumbaserade råvaror kallas det ofta butanol. Biobutanol är i samma familj som andra allmänt kända alkoholer, nämligen metanol med en kol, och den mer kända alkohol med två kol etanol. Vikten av antalet kolatomer i en given alkoholmolekyl är direkt relaterad till energiinnehållet i den specifika molekylen. Ju fler kolatomer som finns, särskilt i en lång kol-till-kol-bindningskedja, desto tätare är energin alkoholen.

Genombrott i bearbetningsmetoderna för biobutanol, nämligen upptäckten och utvecklingen av genetiskt modifierade mikroorganismer, har satt banan för att biobutanol överträffar etanol som ett förnybart bränsle. En gång anses användbar endast som ett industriellt lösningsmedel och kemisk råvara, visar biobutanol ett stort löfte som en motor bränsle på grund av dess gynnsamma energitäthet och den ger bättre bränsleekonomi och anses vara ett överlägset motorbränsle (jämfört med etanol).

Biobutanol härstammar främst från jäsning av sockerarter i organiska råvaror (biomassa). Historiskt fram till omkring mitten av 50-talet fermenterades biobutanol från enkla sockerarter i en process som producerade aceton och etanol, utöver butanolkomponenten. Processen är känd som ABE (Acetone Butanol Ethanol) och har använt osofistikerade (och inte särskilt hjärtliga) mikrober som t.ex. Clostridium acetobutylicum. Problemet med denna typ av mikrob är att den förgiftas av den butanol som den producerar när alkoholkoncentrationen stiger över cirka 2 procent. Detta bearbetningsproblem orsakat av den inneboende svagheten hos generiska mikrober, plus billiga och rikliga (vid den tiden) petroleum gav plats för den enklare och billigare destillation-från-petroleummetoden för raffinering butanol.

My, hur tiderna förändras. Under de senaste åren, med oljepriserna ständigt uppåt och världen över får leveranser tätare och stramare har forskare granskat jäsningen av socker för tillverkning av biobutanol. Stora framsteg har gjorts av forskare när det gäller att skapa ”designermikrober” som kan tolerera högre koncentrationer av butanol utan att dödas.

Förmågan att motstå hårda alkoholer med hög koncentration plus överlägsen metabolism av dessa genetiskt förbättrade bakterier har förstärkt dem med den uthållighet som är nödvändig för att bryta ner de tuffa cellulosafibrerna i biomassråvara som massa skogar och switchgrass. Dörren har blivit öppen och verkligheten av konkurrenskraftiga, om inte billigare, förnybara alkoholmotorbränsle är på oss.

Så all denna snygga kemi och intensiv forskning, trots detta, har biobutanol många fördelar jämfört med här framöver lättare att producera etanol.

• Biobutanol har ett högre energiinnehåll än etanol, så det finns en mycket lägre förlust av bränsleekonomi. Med ett energiinnehåll på cirka 105 000 BTU / gallon (kontra etanol ungefär 84 000 BTU / gallon) är biobutanol mycket närmare energiinnehållet i bensin (114 000 BTU / gallon).
• Biobutanol kan enkelt blandas med konventionell bensin vid högre koncentrationer än etanol för användning i omodifierade motorer. Experiment har visat att biobutanol kan köras i en omodifierad konventionell motor med 100 procent, men hittills garanterar inga tillverkare användning av blandningar högre än 15 procent.
• Eftersom det är mindre mottagligt för separation i närvaro av vatten (än etanol) kan den distribueras via konventionell infrastruktur (rörledningar, blandningsanläggningar och lagringstankar). Det finns inget behov av ett separat distributionsnätverk.
• Det är mindre frätande än etanol. Biobutanol är inte bara ett mer energitätt bränsle av högre kvalitet, utan det är också mindre explosivt än etanol.
• EPA-testresultat visar att biobutanol minskar utsläppen, nämligen kolväten, kolmonoxid (CO) och kväveoxider (NOx). Exakta värden beror på motorns inställning.

Men det är inte allt. Biobutanol som motorbränsle - med dess långa kedjestruktur och övervägande av väteatomer - kan användas som en springbricka för att föra vätgasbränslecellfordon till mainstream. En av de största utmaningarna för utveckling av vätgasbränslecellfordon är lagring av väte ombord för hållbart sortiment och bristen på vätgasinfrastruktur för bränsle. Det höga väteinnehållet i butanol skulle göra det till ett idealiskt bränsle för reformering ombord. Istället för att bränna butanolen, skulle en reformator utvinna väte för att driva bränslecellen.

Det är inte vanligt för en bränsletyp att ha så många uppenbara fördelar utan minst en glödande nackdel; Men med biobutanol kontra etanolargument verkar det dock inte vara fallet.

För närvarande är den enda verkliga nackdelen att det finns många fler etanolraffinaderier än biobutanolraffinaderier. Och medan etanolraffineringsanläggningar överträffar högre än för biobutanol, är möjligheten att eftermontera etanolanläggningar på biobutanol genomförbar. Och när förbättringar fortsätter med genetiskt modifierade mikroorganismer, blir möjligheten att konvertera växter större och större.

Det är tydligt att biobutanol är det överlägsna valet etanol som en bensin tillsats och kanske eventuell bensinersättning. Under de senaste 30 åren har etanol haft det mesta av det tekniska och politiska stödet och har sådd marknaden för förnybar alkohol motorbränsle. Biobutanol är nu redo att plocka upp manteln.