Kuidas saab biobutanooli kasutada mootorikütusena

Biobutanool on nelja süsiniku alkohol, mis saadakse biomassi kääritamisel. Kui seda toodetakse naftapõhistest lähteainetest, nimetatakse seda tavaliselt butanooliks. Biobutanool on samas peres teiste üldtuntud alkoholidega, nimelt ühe süsiniku metanooliga ja üldtuntud kahe süsiniku alkoholiga etanool. Süsinikuaatomite arvu olulisus suvalises alkoholimolekulis on otseselt seotud selle konkreetse molekuli energiasisaldusega. Mida rohkem süsinikuaatomeid on, eriti pikkades süsiniku-süsiniku sideme ahelates, seda tihedam on alkoholi sisaldus.

Biobutanooli töötlemismeetodite läbimurded, nimelt geneetiliselt muundatud mikroorganismide avastamine ja arendamine, on loonud aluse biobutanoolist etanooli kui taastuvkütuse ületamiseks. Kui pidada biobutanooliks ainult tööstusliku lahusti ja keemilise lähteainena kasutatavat, näitab see mootorina suurt lubadust kütus tänu soodsale energiatihedusele ja tagastab parema kütusekulu ning seda peetakse paremaks mootorikütuseks (võrreldes etanooliga).

Biobutanool saadakse peamiselt suhkrute kääritamisel orgaanilistes lähteainetes (biomass). Ajalooliselt fermenteeriti biobutanooli umbes 50ndate keskpaigani lihtsatest suhkrutest protsessis, mille käigus lisaks butanoolikomponendile saadi ka atsetoon ja etanool. Protsess on tuntud kui ABE (atsetoonbutanooletanool) ja selles on kasutatud keerukaid (ja mitte eriti südamlikke) mikroobid nagu Clostridium acetobutylicum. Seda tüüpi mikroobide puhul on probleemiks see, et neid mürgitab just toodetav butanool, kui alkoholi kontsentratsioon tõuseb üle umbes 2 protsendi. See töötlemisprobleem on põhjustatud üldkvaliteediga mikroobide loomulikust nõrkusest, lisaks on see odav ja rikkalik (omal ajal) nafta andis võimaluse nafta destilleerimise lihtsamaks ja odavamaks puhastamiseks butanool.

Minu, kuidas ajad muutuvad. Viimastel aastatel on naftahinnad tõusnud pidevalt tõusuteele ja kogu maailmas on tarned kasvanud rangemad ja tihedamad, on teadlased suhkru kääritamiseks suhkrutoodete tootmiseks uuesti läbi vaadanud biobutanool. Teadlased on teinud suuri edusamme „disainmikroobide” loomisel, mis taluvad butanooli kõrgemat kontsentratsiooni, ilma et neid maha tapetaks.

Võime taluda karmi kõrge kontsentratsiooniga alkoholikeskkonda ning lisaks nende geneetiliselt parendatud bakterite paremat metabolismi on neid tugevdanud vajaliku vastupidavuse abil biomassi lähteainete, näiteks paberipuude ja tselluloosi tugevate tsellulooskiudude lagundamiseks lülitihein. Uks on löödud ja reaalsus on konkurentsivõimeline, kui mitte odavam, taastuva alkoholiga mootorikütus.

Niisiis, hoolimata kogu sellest väljamõeldud keemiast ja intensiivsest uurimistööst, on biobutanoolil palju eeliseid siin-ees hõlpsamini toodetava etanooli ees.

• Biobutanoolil on suurem energiasisaldus kui etanool, seega on kütusekulu palju väiksem. Biobutanool on energiasisaldusega umbes 105 000 BTU / gallon (võrreldes etanooli ligikaudse 84 000 BTU / galloniga) ja bensiini energiasisaldusele (114 000 BTU / gallon).
• Biobutanooli saab hõlpsasti segada etanoolist suurema kontsentratsiooniga tavabensiiniga, modifitseerimata mootorites kasutamiseks. Katsed on näidanud, et biobutanool suudab muuta modifitseerimata tavamootoriga 100 protsenti, kuid tänaseks ei taga ükski tootja segude kasutamist, mis ületavad 15 protsenti.
• Sest see on eraldumise suhtes vähem vastuvõtlik vee (kui etanooli) juuresolekul saab seda levitada tavapärase infrastruktuuri (torujuhtmed, segamisrajatised ja mahutid) kaudu. Eraldi jaotusvõrku pole vaja.
• See on vähem söövitav kui etanool. Biobutanool pole mitte ainult kõrgema klassi energiasisaldusega kütus, vaid on ka vähem plahvatusohtlik kui etanool.
• EPA testi tulemused näitavad, et biobutanool vähendab heitkoguseid, nimelt süsivesinikud, süsinikoksiid (CO) ja lämmastikoksiidid (NOx). Täpsed väärtused sõltuvad mootori häälestatust.

Kuid see pole veel kõik. Biobutanooli mootorikütusena - oma pika ahela struktuuriga ja vesinikuaatomite ülekaaluga - võiks kasutada hüppelauana vesinikkütuseelementidega sõidukite peavoolu toomisel. Vesinikkütuseelementidega sõidukite arendamise üks suurimaid väljakutseid on pardal oleva vesiniku hoidmine säästliku ulatuse tagamiseks ja vesiniku infrastruktuuri puudumine kütuse lisamiseks. Butanooli kõrge vesinikusisaldus muudaks selle ideaalseks kütuseks pardal toimuvaks reformimiseks. Butanooli põletamise asemel ekstraheerib reformer vesiniku kütuseelemendi toomiseks.

See pole ühe puhul tavaline kütuse tüüp omada nii palju ilmseid eeliseid, ilma et oleks vähemalt ühte hõõguvat puudust; biobutanooli versus etanool argumentidega ei paista see aga nii olevat.

Praegu on ainus tegelik puudus etanooli rafineerimise rajatisi palju rohkem kui biobutanooli rafineerimistehaseid. Ja kuigi etanooli rafineerimistehased ületavad palju biobutanooli rajatisi, on teostatav võimalus etanoolitehase moderniseerimiseks biobutanooliks. Ja kuna geneetiliselt muundatud mikroorganismidega jätkatakse täiustamist, muutub taimede muundamise teostatavus üha suuremaks.

On selge, et parem valik on biobutanool etanool nagu bensiini lisaaine ja võib-olla ka bensiini asendamine. Umbes viimase 30 aasta jooksul on etanoolil olnud suurem osa tehnoloogilisest ja poliitilisest toest ning see on taastuva alkoholiga mootorikütuse turule külvanud. Biobutanool on vahevöö kiirendamiseks valmis.