211service.com
Nowa droga do biopaliw węglowodorowych
Naukowcy z Uniwersytetu Wisconsin-Madison opracowali prosty, dwuetapowy proces chemiczny przekształcania cukrów roślinnych w paliwa węglowodorowe. Związki powstałe w trakcie procesu mogłyby być również wykorzystywane do produkcji innych chemikaliów przemysłowych i tworzyw sztucznych.
Zielona benzyna: Naukowcy z University of Wisconsin-Madison wykorzystują katalizatory do szybkiego przekształcania roztworów cukru roślinnego w mieszaninę związków organicznych, które unoszą się jak olej. Przepuszczanie związków organicznych przez różne katalizatory przekształca je w węglowodory znajdujące się w benzynie, oleju napędowym i paliwie do silników odrzutowych.
Kilka firm wytwarza biopaliwa węglowodorowe – które mogą być tańsze w produkcji niż etanol i mają wyższą gęstość energii – przy użyciu drobnoustrojów. Startupy, takie jak LS9 i Amyris, próbują genetycznie zmodyfikować układy metaboliczne drobnoustrojów, aby fermentowały cukry w użyteczne węglowodory.
Naukowcy z Wisconsin, kierowani przez profesora inżynierii chemicznej i biologicznej James Dumesic stosują reakcje chemiczne zamiast fermentacji mikrobiologicznej. Używają katalizatorów w wysokich temperaturach, aby przekształcić glukozę w biopaliwa węglowodorowe. Proces ten działa tysiące razy szybciej niż mikroby ze względu na wyższe temperatury, więc wymaga mniejszych i tańszych reaktorów, mówi Dumesic. Stosowane przez nich katalizatory i systemy reformera są podobne do tych stosowanych w rafineriach ropy naftowej, co również uprościłoby proces.
Proces katalityczny, przedstawiony online w: Nauka , wymaga dwóch głównych etapów, które można zintegrować i przeprowadzić sekwencyjnie, z wyjściem z jednego reaktora do drugiego. Zarówno mechanizm katalizatora, jak i ciągły projekt procesu sprawiają, że nowe podejście jest obiecujące, mówi John Regalbuto, dyrektor programu katalizy i biokatalizy w National Science Foundation, która finansuje prace Dumesica. Co więcej, katalizatory można poddać recyklingowi, podczas gdy drobnoustroje giną i trzeba je uzupełniać – mówi. W porównaniu do używania enzymów czy mikrobów, mówi, mam wrażenie, że na tym etapie gry katalizatory mają większy potencjał.
W pierwszym reaktorze roztwór cukru i wody jest przepuszczany przez katalizator platynowo-renowy o temperaturze około 500 K. W ten sposób usuwa się z cukru pięć z sześciu atomów tlenu, tworząc mieszaninę różnych związków węglowodorowych, takich jak alkohole i kwasy organiczne. Związki tworzą podobną do oleju warstwę, która unosi się na powierzchni roztworu.
Olej jest przesyłany do drugiego reaktora, gdzie jest przepuszczany przez różne stałe katalizatory, w wyniku czego powstaje szereg cząsteczek węglowodorów, które składają się na benzynę, olej napędowy i paliwo do silników odrzutowych. Na przykład katalizator na bazie miedzi i magnezu wytwarza węglowodory znajdujące się w oleju napędowym i paliwie do silników odrzutowych. Benzyna zawiera węglowodory, w których atomy węgla są połączone w struktury rozgałęzione i pierścieniowe, podczas gdy atomy węgla w oleju napędowym i paliwie do silników odrzutowych tworzą długie, liniowe łańcuchy. Alkohole i kwasy organiczne zawarte w oleju z pierwszego etapu mogą być również wykorzystywane do produkcji tworzyw sztucznych i przemysłowych chemikaliów, mówi Dumesic.
Ostatecznym celem badaczy jest wykorzystanie cukrów pochodzących z biomasy celulozowej, takich jak odpady rolnicze i proso rózgowe, zamiast wykorzystywania źródeł żywności, takich jak kukurydza i trzcina cukrowa. Byłby to klucz do wytwarzania korzystnych dla środowiska paliw węglowodorowych z zakładów, które są ekonomicznie konkurencyjne w stosunku do paliw ropopochodnych. Jednak enzymy używane do ekstrakcji glukozy i innych cukrów z celulozy są obecnie zbyt drogie, aby uczynić proces konkurencyjnym w wytwarzaniu biopaliw celulozowych.
Regalbuto mówi, że niezależnie od tego, czy biobenzyna konkuruje z jej odpowiednikiem naftowym, może to mieć więcej sensu niż wytwarzanie etanolu. Jedną z najdroższych części produkcji etanolu jest energochłonny etap destylacji, w którym etanol musi zostać oddzielony od wody. Tymczasem węglowodory, takie jak benzyna i olej napędowy, unoszą się do góry, dzięki czemu można je łatwiej i taniej oddzielić. Poza tym, jak mówi, otrzymujesz paliwo, które ma o 30 procent większą gęstość energii [niż etanol]. Jest więc tańszy w produkcji i zapewnia o 30 procent większy przebieg na benzynie.