Biodiesel: nowy sposób przekształcania roślin w paliwo

Ekomarzyciele od dawna mają nadzieję, że uda im się jeździć bez przyczyniania się do globalnego ocieplenia, ale powolne tempo postępu w technologiach paliw alternatywnych nie pozwoliło na urzeczywistnienie tej wizji. Teraz obiecujący nowy proces, zaprojektowany przez naukowców z University of Wisconsin i przedstawiony w artykule, który ukazał się w czasopiśmie Nauka 2 czerwca może być znaczącym krokiem w kierunku urzeczywistnienia tego marzenia.

W artykule szczegółowo opisano nowy sposób wytwarzania paliwa biodiesel, który jest wytwarzany z materii roślinnej. Tradycyjna rafinacja biodiesla wykorzystuje tylko kwasy tłuszczowe roślin, które zazwyczaj stanowią mniej niż 10 procent masy suszonych roślin. Zamiast przekształcać tylko tłuszcz, ta nowa metoda obiecuje przekształcenie całego suszonego materiału roślinnego, w tym korzeni, łodyg, liści i owoców, w biodiesel lub energię cieplną.

Etanol, najbardziej popularne i komercyjne biopaliwo, od dawna jest oczyszczany z materii roślinnej, ale wymaga kosztownego i energochłonnego etapu oddestylowania każdej cząsteczki wody z roztworu. W przeciwieństwie do tego, nowy proces biodiesla opiera się na reakcjach fazy wodnej, które nie muszą przechodzić przez kosztowną fazę destylacji.

Największym postępem, jaki mamy do zaoferowania, jest brak tego procesu destylacji, mówi George Huber, jeden z autorów artykułu i absolwent University of Wisconsin, który wkrótce będzie wykładał na University of Massachusetts w Amherst. Oznacza to, że nasz proces jest egzotermiczny. Innymi słowy, nie potrzebuje dużo dodatkowej energii. A to ważne, bo największym kosztem w obecnym procesie rafinacji biopaliw jest energia.

Nowa metoda podzielona jest na cztery części. Najpierw strumień przetworzonej biomasy składającej się z wody i cukrów jest podawany przez katalizator niklowo-cynowy w celu usunięcia niektórych atomów wodoru. Następnie strumień jest traktowany kwasami, które usuwają większość wody. Powstała maź jest następnie transportowana przez stały katalizator, który tworzy z niej długie łańcuchy węglowe, zwane alkanami. Na koniec te alkany są przepuszczane przez katalizator platynowo-krzemowo-glinowy w wysokich temperaturach, podczas gdy wodór z pierwszego etapu jest podawany do reaktora. Powstała ciecz ma prawie taką samą strukturę chemiczną jak tradycyjnie rafinowany biodiesel i spala się w ten sam sposób w silnikach wysokoprężnych. A jedynymi produktami ubocznymi są woda i ciepło.

Jeśli proces ten można rozszerzyć do poziomu przemysłowego, może to być duży krok w kierunku stworzenia paliwa transportowego, które spala się stosunkowo czysto, nie przyczynia się do globalnego ocieplenia i zapewnia amerykańskim rolnikom miliardy dolarów nowego dochodu.

Według Billa Jonesa, prezesa zarządu Pacific Ethanol, wiodącej firmy biopaliwowej, przemysł naftowy obecnie patrzy na rozwijającą się branżę biopaliw z obawą, a nie z akceptacją.

Ale w końcu się pojawią, mówi. Zrozumieją, że to nie tylko konkurencja, to zupełnie nowy rynek, na który mogą wejść.

Wskazuje, że brazylijski przemysł naftowy również sprzeciwiał się rządowym próbom promowania biopaliw, ale teraz jest dużym zwolennikiem – ponad połowa importu ropy do Brazylii została zastąpiona biopaliwami (zob. Przegląd technologii Kwietniowy artykuł z okładki o pomysłach zmieniających świat).

Innych jednak nie trzeba przekonywać. Charles Wyman, wybitny profesor w Dartmouth College w Hanover NH, którego specjalnością jest biologiczna konwersja biomasy celulozowej do etanolu i innych produktów, mówi, że ta nowa metodologia może dać biodieselowi szansę na odniesienie sukcesu na rynku komercyjnym, umożliwiając producentom wytwarzanie albo etanol lub biodiesel.

Po rozbiciu wszystkich cukrów w materiale roślinnym jedyną opcją, jaką mieliśmy wcześniej, było wytworzenie etanolu, mówi Wyman. To przedstawia więcej opcji.

W przyszłości jeden ośrodek produkcyjny, po rafinacji biomasy na cukry, mógłby wytwarzać biodiesel lub etanol, w zależności od zapotrzebowania rynku. Wyman zwraca jednak również uwagę, że bitwa gospodarcza niekoniecznie została wygrana.

W końcu to cena na stacji benzynowej, gdzie te technologie wygrywają lub przegrywają, a nie w laboratorium – mówi.

Aby zapewnić, że biodiesel i etanol staną się bardziej konkurencyjne na rynku, Wyman mówi, że potrzebny jest kluczowy przełom, aby uzyskać konkurencyjny olej napędowy lub inne produkty, takie jak etanol, z cukrów. Według niego zaliczki w tej dziedzinie mogą przebić hurtowe ceny benzyny.

A niektórzy uważają, że przełom jest na horyzoncie. Postępy w technologii enzymatycznej w ciągu ostatnich dwóch lat przez Narodowe Laboratoria Energii Odnawialnej i firmy prywatne, takie jak Iogen i Novozymes, znacząco obniżyły koszty transformacji celulozy, co jest kusząco bliskie uczynienia całego systemu ekonomicznie konkurencyjnym w stosunku do taniego gazu.

Nowy proces opracowywany przez Jamesa Dumesica, profesora inżynierii chemicznej i biologicznej na Uniwersytecie Wisconsin, oraz Hubera pomoże obniżyć te koszty poprzez ograniczenie ilości odpadów, ponieważ do ich systemu można wprowadzać dowolny rodzaj materii roślinnej. W przeciwieństwie do obecnych rafinerii etanolu, które mogą pracować tylko z materiałami o wysokiej zawartości glukozy, takimi jak kukurydza, paliwo biodiesel generowane w tym procesie wykorzystuje celulozę, korzenie i łodygi dowolnej rośliny.

Oznacza to, że można wykorzystać biomasę odpadową ogromnego przemysłu rolnego Ameryki – od słomy kukurydzianej (łodygi i liście rośliny) po łupiny orzeszków ziemnych i opadłe liście. Niedawne badanie Departamentu Rolnictwa USA (patrz Notatnik) oszacowało, że każdego roku wytwarza się ponad 1,3 miliarda ton takich odpadów. Gdyby wszystko to zostało przekształcone w biodiesel, zapewniłoby to paliwo wystarczające do zastąpienia jednej trzeciej ropy naftowej zużywanej w Stanach Zjednoczonych. Co więcej, przekształcenie obecnie nieużywanych gruntów rolnych w użytki zielone, które mają być zbierane do produkcji biodiesla, z łatwością pokryłoby pozostałe dwie trzecie zapotrzebowania na ropę.

To oczywiście oznacza, że ​​kolejnym beneficjentem takiej transformacji byliby rodzinni rolnicy, jak twierdzi Jones z Pacific Ethanol. Rafinerie etanolu należące do spółdzielni rolników już dostarczają większość produkcji etanolu w USA, a rafinerie biodiesla mogłyby być wzorowane na tym samym programie.

Jednak udoskonalenie tego nowego procesu to dopiero pierwszy krok w bardzo długim procesie przekształcania kraju w kraj biodiesla. Aby tak się stało, cała flota samochodów komercyjnych w USA musiałaby oczywiście przejść z silników spalinowych na silniki Diesla; ale ruch może być atrakcyjny, ponieważ nowe silniki powodowałyby mniej zanieczyszczeń (pojazdy na biodiesel wytwarzałyby znacznie mniej zanieczyszczeń, takich jak tlenki siarki i azotu).

Taka zmiana w amerykańskiej infrastrukturze transportowej nie nastąpi szybko. Bardziej prawdopodobne jest, że produkcja biodiesla zacznie się powoli, a następnie wzrośnie na skalę przemysłową, jeśli będzie konkurencyjna w stosunku do oleju napędowego i benzyny.

Mimo to Huber uważa, że ​​jego zespół zrobił duży krok w kierunku wykorzystania jednego z najbardziej rozpowszechnionych, a jednocześnie najmniej wykorzystywanych zasobów energetycznych na świecie.

Jeśli to się powiedzie, mówi, mogę powiedzieć, że pomogłem przekształcić nasze zasoby biomasy w paliwo dla naszego systemu transportowego.

ukryć