211service.com
Nová cesta k uhlovodíkovým biopalivům
Výzkumníci z University of Wisconsin-Madison vyvinuli jednoduchý, dvoustupňový chemický proces přeměny rostlinných cukrů na uhlovodíková paliva. Sloučeniny vytvořené během procesu by mohly být také použity k výrobě jiných průmyslových chemikálií a plastů.
Zelený benzín: Vědci z University of Wisconsin-Madison používají katalyzátory k rychlé přeměně roztoků rostlinných cukrů na směs organických sloučenin, které plavou jako olej. Procházením organických sloučenin přes různé katalyzátory se přeměňují na uhlovodíky nacházející se v benzínu, naftě a leteckém palivu.
Několik společností vyrábí uhlovodíková biopaliva – jejichž výroba může být levnější než etanol a mají vyšší energetickou hustotu – pomocí mikrobů. Startupy jako LS9 a Amyris se snaží geneticky upravit metabolické systémy mikrobů tak, aby fermentovaly cukry na užitečné uhlovodíky.
Výzkumníci z Wisconsinu, vedení profesorem chemického a biologického inženýrství James Dumesic využívají chemické reakce namísto mikrobiální fermentace. Používají katalyzátory při vysokých teplotách k přeměně glukózy na uhlovodíková biopaliva. Proces funguje tisíckrát rychleji než mikroby kvůli vyšším teplotám, takže vyžaduje menší a levnější reaktory, říká Dumesic. Katalyzátory a reformovací systémy, které používají, jsou podobné těm, které se používají v ropných rafinériích, což by také proces zjednodušilo.
Katalytický proces, prezentovaný online v Věda , vyžaduje dva hlavní kroky, které mohou být integrovány a probíhat sekvenčně s výstupem z jednoho reaktoru do druhého. Jak mechanismus katalyzátoru, tak návrh kontinuálního procesu činí nový přístup slibným, říká John Regalbuto, ředitel programu katalýzy a biokatalýzy v National Science Foundation, která financuje Dumesicovu práci. Kromě toho lze katalyzátory recyklovat, zatímco mikroby umírají a musí být doplňovány, říká. Ve srovnání s používáním enzymů nebo mikrobů, říká, mám pocit, že v této fázi hry mají katalyzátory větší potenciál.
V prvním reaktoru prochází roztok cukru a vody přes platino-rheniový katalyzátor při teplotě asi 500 K. Tím se z cukru odstraní pět ze šesti atomů kyslíku a vznikne směs různých uhlovodíkových sloučenin, jako jsou alkoholy a organické kyseliny. Sloučeniny tvoří olejovitou vrstvu, která plave na povrchu roztoku.
Olej je převeden do druhého reaktoru, kde prochází přes různé pevné katalyzátory, což vede k řadě molekul uhlovodíků, které tvoří benzín, naftu a letecké palivo. Například katalyzátor na bázi mědi a hořčíku produkuje uhlovodíky obsažené v naftě a leteckém palivu. Benzín obsahuje uhlovodíky, ve kterých jsou atomy uhlíku spojeny do rozvětvených a prstencových struktur, zatímco atomy uhlíku v naftě a leteckém palivu tvoří dlouhé lineární řetězce. Alkoholy a organické kyseliny v oleji z prvního kroku by mohly být také použity k výrobě plastů a průmyslových chemikálií, říká Dumesic.
Konečným cílem vědců je používat cukry pocházející z celulózové biomasy, jako je zemědělský odpad a prosa prosa, místo použití potravinových zdrojů, jako je kukuřice a cukrová třtina. To by byl klíč k výrobě ekologicky prospěšných uhlovodíkových paliv z rostlin, které jsou ekonomicky konkurenceschopné ropným palivům. Enzymy používané k extrakci glukózy a jiných cukrů z celulózy jsou však v současnosti příliš drahé na to, aby byl proces konkurenceschopný pro výrobu celulózových biopaliv.
Bez ohledu na to, zda biobenzín konkuruje svému ropnému protějšku, může mít stále větší smysl než výroba etanolu, říká Regalbuto. Jednou z nejnákladnějších částí výroby etanolu je energeticky náročná destilace, při které je nutné oddělit etanol od vody. Uhlovodíky, jako je benzín a nafta, mezitím plavou nahoru, takže je snazší a levnější oddělovat. Navíc, říká, získáváte palivo, které má o 30 procent vyšší energetickou hustotu [než etanol]. Je tedy levnější na výrobu a získáte o 30 procent více najetých kilometrů.