211service.com
Ny väg till kolvätebiobränslen
Forskare vid University of Wisconsin-Madison har utvecklat en enkel kemisk process i två steg för att omvandla växtsocker till kolvätebränslen. De föreningar som skapas under processen kan också användas för att tillverka andra industriella kemikalier och plaster.
Grön bensin: Forskare vid University of Wisconsin-Madison använder katalysatorer för att snabbt omvandla växtsockerlösningar till en blandning av organiska föreningar som flyter som olja. Att passera de organiska föreningarna över olika katalysatorer omvandlar dem till kolväten som finns i bensin, diesel och flygbränsle.
Flera företag tillverkar kolvätebiobränslen – som kan vara billigare att producera än etanol och har högre energitäthet – med hjälp av mikrober. Nystartade företag som LS9 och Amyris försöker genetiskt modifiera mikrobernas metaboliska system så att de fermenterar socker till användbara kolväten.
Wisconsin-forskarna, ledda av professor i kemi- och bioteknik James Dumesic , använder kemiska reaktioner istället för mikrobiell fermentering. De använder katalysatorer vid höga temperaturer för att omvandla glukos till kolvätebiobränslen. Processen fungerar tusentals gånger snabbare än mikrober gör på grund av de högre temperaturerna, så det kräver mindre, billigare reaktorer, säger Dumesic. Katalysatorerna och reformersystemen som de använder liknar de som används i oljeraffinaderier, vilket också skulle göra processen enklare.
Den katalytiska processen, presenterad online i Vetenskap , kräver två huvudsteg, som kan integreras och köras sekventiellt med uteffekten från en reaktor som går till den andra. Både katalysatormekanismen och den kontinuerliga processdesignen gör det nya tillvägagångssättet lovande, säger John Regalbuto, chef för katalys- och biokatalysprogrammet vid National Science Foundation, som finansierar Dumesics arbete. Dessutom kan katalysatorerna återvinnas, medan mikroberna dör och måste fyllas på, säger han. Jämfört med att använda enzymer eller mikrober, säger han, är min uppfattning att i detta skede av spelet har katalysatorer mer potential.
I den första reaktorn leds en socker-vattenlösning över en platina-rheniumkatalysator vid cirka 500 K. Detta avlägsnar fem av sex syreatomer från sockret, vilket skapar en blandning av olika kolväteföreningar, såsom alkoholer och organiska syror. Föreningarna bildar ett oljeliknande lager som flyter ovanpå lösningen.
Oljan överförs till den andra reaktorn, där den leds över olika fasta katalysatorer, vilket resulterar i en rad kolvätemolekyler som utgör bensin, diesel och flygbränsle. Till exempel producerar en koppar- och magnesiumbaserad katalysator de kolväten som finns i diesel och flygbränsle. Bensin innehåller kolväten där kolatomer är sammankopplade i grenade och ringformade strukturer, medan kolatomer i diesel och flygbränsle bildar långa, linjära kedjor. Alkoholerna och de organiska syrorna i oljan från det första steget skulle också kunna användas för att tillverka plaster och industrikemikalier, säger Dumesic.
Forskarnas slutliga mål är att använda socker som härrör från cellulosabiomassa som jordbruksavfall och växelgräs istället för att använda matkällor som majs och sockerrör. Det skulle vara nyckeln till att göra miljövänliga kolvätebränslen från anläggningar som är ekonomiskt konkurrenskraftiga med petroleumbränslen. Emellertid är enzymer som används för att extrahera glukos och andra sockerarter från cellulosa för närvarande för dyra för att göra processen konkurrenskraftig för att skapa cellulosabaserade biobränslen.
Oavsett om biobensin konkurrerar med sin petroleummotsvarighet eller inte, kan det fortfarande vara mer meningsfullt än att tillverka etanol, säger Regalbuto. En av de dyraste delarna med att producera etanol är det energikrävande destillationssteget, där etanol måste separeras från vatten. Kolväten som bensin och diesel flyter samtidigt till toppen, så de är lättare och billigare att separera. Dessutom, säger han, får du ett bränsle som är 30 procent mer energität [än etanol]. Så det är billigare att göra, och det ger dig 30 procent mer bensinkörning.