Från avfallsbiomassa till flygbränsle

En ny kemisk process utvecklad av forskare vid University of Wisconsin-Madison omvandlar cellulosa från jordbruksavfall till bensin och flygbränsle. Den producerar bränsle genom att modifiera vad som hittills ansetts vara oönskade biprodukter (levulinsyra och myrsyra) av att bryta ner cellulosa till socker. Arbetet beskrevs i veckans nummer av tidskriften Vetenskap .

Biobränslekran: Flytande bränsle rinner ut ur buteneoligomeriseringsreaktorn, den sista delen av en ny kemisk process för att tillverka biobränslen av cellulosa.

Processen är en av ett antal nya teknologier som gör konventionella bränslen som bensin och diesel från biomassa snarare än petroleum. Till skillnad från etanol – dagens vanligaste typ av biobränsle – kan dessa nya bränslen enkelt användas i konventionella bilar och transporteras med befintlig infrastruktur. Dessutom lagrar det jetbränsle som det producerar tillräckligt med energi för att driva kommersiella eller militära flygplan.

Hittills har dock metoder för att tillverka dessa avancerade biobränslen ofta involverat biologiska processer där mikrober bryter ner socker som härrör från biomassa, inklusive cellulosa. Wisconsin-metoden kan visa sig vara mer tillförlitlig än dessa processer eftersom det är en kemisk process som är lättare att underhålla. Dessutom kan koldioxid som skapas under dess produktion lätt fångas upp – en fördel jämfört med konventionella biobränslen.

För att omvandla cellulosa, en stor komponent av biomassa, till bränsle måste forskarna först bryta ner den till enklare komponenter, som enkla sockerarter. Mikroorganismer bearbetar sedan dessa sockerarter för att göra flytande bränslen. Cellulosa kan brytas ned genom att behandla det med syror, men dessa reaktioner är svåra att kontrollera - sockret omvandlas ofta ytterligare till myrsyra och levulinsyra. Istället för att bekämpa det, undrade vi om vi kunde börja med den oönskade produkten för att göra bränsle, säger James Dumesic, professor i kemi och biologisk teknik vid University of Wisconsin-Madison.

Det är ett helt annat sätt att tillverka biobränslen, säger Bob Baldwin, termokemisk processledare vid National Renewable Energy Laboratory i Golden, CO, som inte var involverad i arbetet. I Wisconsinprocessen kombineras syrorna för att bilda gamma-valerolakton, en industriell kemikalie. Katalysatorer gjorda av kiseldioxid och aluminiumoxid hjälper sedan till att omvandla detta till en gas som kallas buten, som lätt omvandlas till flytande kolvätebränslen, inklusive bensin och flygbränsle.

En fördel med Wisconsin-processen jämfört med biologiska vägar till biobränslen är att den kan minska växthusgasnivåerna, säger Doug Cameron, verkställande direktör och chief science advisor på Piper Jaffray. Konventionella biobränslen är i bästa fall koldioxidneutrala odlingar för biobränslen tar ut koldioxid ur atmosfären, men denna frigörs igen när grödorna odlas och bearbetas och biobränslena tillverkas och bränns. Den nya processen ger en ren och högtrycksström av koldioxid, som är lätt att fånga upp och permanent lagra. Som ett resultat kan nettoutsläppen av koldioxid bli negativa – en del av koldioxiden som absorberas av växterna skulle hindras från att återvända till atmosfären.

Men ekonomifrågor kvarstår. Baldwin säger att även om processen ger höga utbyten av de önskade bränslena, kräver den ett stort antal bearbetningssteg, inklusive att separera cellulosa från andra komponenter i biomassa, vilket kan göra det dyrt. Det kommer också att behöva konkurrera med andra termokemiska processer som kan anpassas för att arbeta med biomassa, till exempel de som har använts för att omvandla kol till flytande bränslen.

Dölj