Come il biobutanolo può essere usato come carburante per motori

Il biobutanolo è un alcool a quattro atomi di carbonio derivato dalla fermentazione della biomassa. Quando viene prodotto da materie prime a base di petrolio, viene comunemente chiamato butanolo. Il biobutanolo appartiene alla stessa famiglia di altri alcoli comunemente noti, vale a dire il metanolo a singolo carbonio e il più noto etanolo a due atomi di carbonio. L'importanza del numero di atomi di carbonio in una data molecola di alcol è direttamente correlata al contenuto energetico di quella particolare molecola. Più atomi di carbonio sono presenti, specialmente nelle lunghe catene di legame carbonio-carbonio, più densa di energia è l'alcol.

Le scoperte nei metodi di trattamento del biobutanolo, in particolare la scoperta e lo sviluppo di microrganismi geneticamente modificati, hanno posto le basi affinché il biobutanolo superi l'etanolo come combustibile rinnovabile. Una volta considerato utilizzabile solo come solvente industriale e materia prima chimica, il biobutanolo mostra grandi promesse come carburante per motori a causa della sua densità energetica favorevole, e restituisce un migliore risparmio di carburante ed è considerato un carburante per motori superiore (rispetto all'etanolo).

Produzione di biobutanolo

Il biobutanolo deriva principalmente dalla fermentazione degli zuccheri nelle materie prime organiche (biomassa). Storicamente, fino alla metà degli anni '50 circa, il biobutanolo veniva fermentato da zuccheri semplici in un processo che produceva acetone ed etanolo, oltre al componente butanolo. Il processo è noto come ABE (acetone butanolo etanolo) e ha utilizzato microbi non sofisticati (e non particolarmente sostanziosi) come Clostridium acetobutylicum. Il problema con questo tipo di microbo è che viene avvelenato dallo stesso butanolo che produce una volta che la concentrazione di alcol supera il 2% circa. Questo problema di elaborazione causato dalla debolezza intrinseca dei microbi di grado generico, oltre al petrolio poco costoso e abbondante (all'epoca) ha lasciato il posto al metodo più semplice ed economico di distillazione dal petrolio per raffinare il butanolo.

Mio, come cambiano i tempi. Negli ultimi anni, con i prezzi del petrolio in costante aumento e le forniture mondiali sempre più rigide, gli scienziati hanno rivisitato la fermentazione degli zuccheri per la produzione di biobutanolo. I ricercatori hanno compiuto passi da gigante nella creazione di "microbi di design" in grado di tollerare concentrazioni più elevate di butanolo senza essere ucciso.

La capacità di resistere a severi ambienti alcolici ad alta concentrazione, oltre al metabolismo superiore di questi batteri geneticamente migliorati, li ha rafforzati con la resistenza necessaria per degradare le dure fibre cellulosiche delle materie prime di biomassa come legni polposi e switchgrass. La porta è stata spalancata e la realtà dei costi competitivi, se non meno costosi, del carburante per alcolici rinnovabile è alle porte.

vantaggi

Quindi, nonostante tutta questa chimica fantastica e un'intensa ricerca, il biobutanolo presenta molti vantaggi rispetto all'etanolo di qui di più facile produzione.

• Il biobutanolo ha un contenuto energetico più elevato dell'etanolo, quindi c'è una perdita molto più bassa di risparmio di carburante. Con un contenuto energetico di circa 105.000 BTU / gallone (rispetto agli 84.000 BTU / gallone approssimativi dell'etanolo), il biobutanolo è molto più vicino al contenuto energetico della benzina (114.000 BTU / gallone).
• Il biobutanolo può essere facilmente miscelato con benzina convenzionale a concentrazioni più elevate rispetto all'etanolo per l'uso in motori non modificati. Gli esperimenti hanno dimostrato che il biobutanolo può funzionare con un motore convenzionale non modificato al 100 percento, ma fino ad oggi nessun produttore garantirà l'uso di miscele superiori al 15 percento.
• Perché è meno suscettibile alla separazione in presenza di acqua (rispetto all'etanolo), può essere distribuito tramite infrastrutture convenzionali (condotte, impianti di miscelazione e serbatoi di stoccaggio). Non è necessaria una rete di distribuzione separata.
• È meno corrosivo dell'etanolo. Il biobutanolo non solo è un combustibile ad alta densità più denso di energia, ma è anche meno esplosivo dell'etanolo.
• I risultati dei test EPA mostrano che il biobutanolo riduce le emissioni, vale a dire idrocarburi, monossido di carbonio (CO) e ossidi di azoto (NOx). I valori esatti dipendono dallo stato di sintonia del motore.

Ma non è tutto. Il biobutanolo come carburante per motori - con la sua struttura a catena lunga e la preponderanza di atomi di idrogeno - potrebbe essere usato come pietra miliare nel portare i veicoli a celle a combustibile a idrogeno nella corrente principale. Una delle maggiori sfide per lo sviluppo di veicoli a celle a combustibile a idrogeno è lo stoccaggio dell'idrogeno a bordo per l'autonomia sostenibile e la mancanza di infrastrutture a idrogeno per l'alimentazione. L'alto contenuto di idrogeno del butanolo lo renderebbe un combustibile ideale per il reforming di bordo. Invece di bruciare il butanolo, un riformatore estrarrebbe l'idrogeno per alimentare la cella a combustibile.

svantaggi

Non è comune per un tipo di carburante avere così tanti evidenti vantaggi senza almeno uno svantaggio incandescente; tuttavia, con l'argomento biobutanolo contro etanolo, ciò non sembra essere il caso.

Attualmente, l'unico vero svantaggio è che ci sono molte più strutture di raffinazione dell'etanolo rispetto alle raffinerie di biobutanolo. E mentre le strutture di raffinazione dell'etanolo superano di gran lunga quelle del biobutanolo, è possibile la possibilità di adattare le piante di etanolo al biobutanolo. E mentre i perfezionamenti continuano con i microrganismi geneticamente modificati, la fattibilità della conversione delle piante diventa sempre maggiore.

È chiaro che il biobutanolo è la scelta superiore rispetto all'etanolo come additivo per benzina e forse alla eventuale sostituzione della benzina. Negli ultimi 30 anni circa l'etanolo ha ricevuto la maggior parte del supporto tecnologico e politico e ha seminato il mercato dei carburanti per alcolici rinnovabili. Il biobutanolo è ora pronto a raccogliere il mantello.