Wie Biobutanol als Kraftstoff verwendet werden kann

Biobutanol ist Alkohol mit vier Kohlenstoffen, der aus der Vergärung von Biomasse gewonnen wird. Wenn es aus Rohstoffen auf Erdölbasis hergestellt wird, wird es im Allgemeinen als Butanol bezeichnet. Biobutanol gehört zur selben Familie wie andere allgemein bekannte Alkohole, nämlich Methanol mit einem Kohlenstoff und das bekanntere Ethanol mit zwei Kohlenstoffatomen. Die Bedeutung der Anzahl der Kohlenstoffatome in einem bestimmten Alkoholmolekül steht in direktem Zusammenhang mit dem Energiegehalt dieses bestimmten Moleküls. Je mehr Kohlenstoffatome vorhanden sind, insbesondere in langen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungsketten, desto energiedichter ist der Alkohol.

Durchbrüche bei der Verarbeitung von Biobutanol, nämlich die Entdeckung und Entwicklung gentechnisch veränderter Mikroorganismen, haben die Voraussetzungen dafür geschaffen, dass Biobutanol Ethanol als erneuerbaren Kraftstoff überholt. Biobutanol, das einst nur als industrielles Lösungsmittel und chemisches Ausgangsmaterial verwendbar war, ist aufgrund seiner günstigen Energiedichte als Motorkraftstoff vielversprechend, spart Kraftstoff und gilt als überlegener Motorkraftstoff (im Vergleich zu Ethanol)..

Biobutanol-Produktion

Biobutanol wird hauptsächlich aus der Fermentation des Zuckers in organischen Rohstoffen (Biomasse) gewonnen. Historisch gesehen wurde Biobutanol bis etwa Mitte der 50er Jahre aus einfachen Zuckern fermentiert. Dabei wurden neben der Butanolkomponente auch Aceton und Ethanol hergestellt. Das Verfahren ist als ABE (Aceton Butanol Ethanol) bekannt und hat ungekünstelte (und nicht besonders herzhafte) Mikroben wie z Clostridium acetobutylicum. Das Problem bei dieser Art von Mikroben ist, dass sie durch genau das Butanol vergiftet werden, das sie produzieren, sobald die Alkoholkonzentration über ungefähr 2 Prozent steigt. Dieses Verarbeitungsproblem, das durch die inhärente Schwäche von Mikroben von allgemeiner Qualität sowie durch billiges und seinerzeit reichlich vorhandenes Erdöl verursacht wurde, machte der einfacheren und billigeren Methode der Destillation aus Erdöl zum Raffinieren von Butanol Platz.

Meine Güte, wie sich die Zeiten ändern. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler die Fermentation von Zuckern für die Herstellung von Biobutanol überprüft, da die Erdölpreise stetig steigen und die weltweiten Vorräte immer knapper werden. Forscher haben große Fortschritte bei der Entwicklung von „Designermikroben“ gemacht, die höhere Butanolkonzentrationen vertragen, ohne abgetötet zu werden.

Die Fähigkeit, rauen Umgebungen mit hoher Alkoholkonzentration und dem überlegenen Metabolismus dieser genetisch verbesserten Bakterien standzuhalten, hat sie mit der Ausdauer gestärkt, die erforderlich ist, um die zähen Zellulosefasern von Biomasse-Rohstoffen wie Fruchtfleischhölzern und Weichtiergras abzubauen. Die Tür wurde aufgestoßen und die Realität von kostengünstigem, wenn nicht billigerem, erneuerbarem Alkoholkraftstoff steht vor der Tür.

Vorteile

Trotz dieser ausgefallenen Chemie und intensiven Forschung hat Biobutanol viele Vorteile gegenüber dem hier zu produzierenden Ethanol.

• Biobutanol hat einen höheren Energiegehalt als Ethanol, so gibt es einen viel geringeren Kraftstoffverbrauch. Mit einem Energiegehalt von ungefähr 105.000 BTU / Gallone (gegenüber ungefähr 84.000 BTU / Gallone Ethanol) ist Biobutanol dem Energiegehalt von Benzin (114.000 BTU / Gallone) viel näher.
• Biobutanol kann leicht zugemischt werden mit herkömmlichem Benzin in höheren Konzentrationen als Ethanol zur Verwendung in nicht modifizierten Motoren. Experimente haben gezeigt, dass Biobutanol in einem unveränderten konventionellen Motor zu 100 Prozent betrieben werden kann. Bisher kann jedoch kein Hersteller die Verwendung von Mischungen mit mehr als 15 Prozent garantieren.
• Weil es weniger anfällig für Trennung ist in Gegenwart von Wasser (als Ethanol) kann es über eine herkömmliche Infrastruktur (Pipelines, Mischanlagen und Speichertanks) verteilt werden. Es ist kein separates Vertriebsnetz erforderlich.
• Es ist weniger ätzend als Ethanol. Biobutanol ist nicht nur ein Kraftstoff mit höherer Energiedichte, sondern auch weniger explosiv als Ethanol.
• EPA-Testergebnisse zeigen, dass Biobutanol die Emissionen reduziert, nämlich Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx). Genaue Werte hängen vom Motorzustand ab.

Aber das ist nicht alles. Biobutanol als Kraftstoff mit seiner langkettigen Struktur und dem überwiegenden Anteil an Wasserstoffatomen könnte als Sprungbrett für die Verbreitung von Fahrzeugen mit Wasserstoffbrennstoffzellen dienen. Eine der größten Herausforderungen für die Entwicklung von Wasserstoffbrennstoffzellenfahrzeugen ist die Speicherung von Wasserstoff an Bord für eine nachhaltige Reichweite und der Mangel an Wasserstoffinfrastruktur für die Betankung. Der hohe Wasserstoffgehalt von Butanol würde es zu einem idealen Kraftstoff für die Reformierung an Bord machen. Anstatt das Butanol zu verbrennen, würde ein Reformer den Wasserstoff extrahieren, um die Brennstoffzelle anzutreiben.

Nachteile

Es ist nicht üblich, dass ein Kraftstofftyp so viele offensichtliche Vorteile ohne mindestens einen leuchtenden Nachteil aufweist. Bei einem Argument zwischen Biobutanol und Ethanol scheint dies jedoch nicht der Fall zu sein.

Derzeit ist der einzige wirkliche Nachteil, dass es viel mehr Ethanolraffinerien als Biobutanolraffinerien gibt. Während Ethanolraffinierungsanlagen weit mehr sind als Biobutanol, besteht die Möglichkeit, Ethanolanlagen auf Biobutanol umzurüsten. Und während die Verfeinerungen mit gentechnisch veränderten Mikroorganismen fortgesetzt werden, wird die Machbarkeit der Umwandlung von Pflanzen immer größer.

Es ist klar, dass Biobutanol die bessere Wahl ist als Ethanol als Benzinzusatz und möglicherweise als Ersatz für Benzin. In den letzten 30 Jahren hat Ethanol den größten Teil der technologischen und politischen Unterstützung erhalten und den Markt für erneuerbaren Alkohol als Motorentreibstoff besiedelt. Biobutanol ist jetzt bereit, den Mantel aufzunehmen.