211service.com
Nieuwe route naar koolwaterstofbiobrandstoffen
Onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin-Madison hebben een eenvoudig chemisch proces in twee stappen ontwikkeld om plantensuikers om te zetten in koolwaterstofbrandstoffen. De verbindingen die tijdens het proces ontstaan, kunnen ook worden gebruikt om andere industriële chemicaliën en kunststoffen te maken.
Groene benzine: Onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin-Madison gebruiken katalysatoren om plantaardige suikeroplossingen snel om te zetten in een mengsel van organische verbindingen die drijven als olie. Door de organische verbindingen over verschillende katalysatoren te leiden, worden ze omgezet in koolwaterstoffen die worden aangetroffen in benzine, diesel en vliegtuigbrandstof.
Verschillende bedrijven maken biobrandstoffen op basis van koolwaterstoffen - die goedkoper kunnen zijn om te produceren dan ethanol en een hogere energiedichtheid hebben - met behulp van microben. Startups zoals LS9 en Amyris proberen de metabole systemen van microben genetisch te manipuleren, zodat ze suikers fermenteren tot bruikbare koolwaterstoffen.
De onderzoekers van Wisconsin, onder leiding van een professor in de chemische en biologische technologie James Dumesic , gebruik chemische reacties in plaats van microbiële fermentatie. Ze gebruiken katalysatoren bij hoge temperaturen om glucose om te zetten in koolwaterstofbiobrandstoffen. Het proces werkt duizenden keren sneller dan microben vanwege de hogere temperaturen, dus het vereist kleinere, goedkopere reactoren, zegt Dumesic. De katalysatoren en reformersystemen die ze gebruiken, zijn vergelijkbaar met die in olieraffinaderijen, wat het proces ook eenvoudiger zou maken.
Het katalytische proces, online gepresenteerd in Wetenschap , vereist twee hoofdstappen, die kunnen worden geïntegreerd en opeenvolgend kunnen worden uitgevoerd, waarbij de output van de ene reactor naar de andere gaat. Zowel het katalysatormechanisme als het continue procesontwerp maken de nieuwe aanpak veelbelovend, zegt John Regalbuto, directeur van het katalyse- en biokatalyseprogramma bij de National Science Foundation, die het werk van Dumesic financiert. Bovendien kunnen de katalysatoren worden hergebruikt, terwijl de microben afsterven en moeten worden aangevuld, zegt hij. Vergeleken met het gebruik van enzymen of microben, zegt hij, heb ik het gevoel dat katalysatoren in dit stadium van het spel meer potentieel hebben.
In de eerste reactor wordt een suiker-wateroplossing bij ongeveer 500 K over een platina-reniumkatalysator geleid. Hierdoor worden vijf van de zes zuurstofatomen uit de suiker gehaald, waardoor een mengsel ontstaat van verschillende koolwaterstofverbindingen, zoals alcoholen en organische zuren. De verbindingen vormen een olieachtige laag die bovenop de oplossing drijft.
De olie wordt overgebracht naar de tweede reactor, waar het over verschillende vaste katalysatoren wordt geleid, wat resulteert in een reeks koolwaterstofmoleculen die benzine, diesel en vliegtuigbrandstof vormen. Een op koper en magnesium gebaseerde katalysator produceert bijvoorbeeld de koolwaterstoffen die worden aangetroffen in diesel en vliegtuigbrandstof. Benzine bevat koolwaterstoffen waarin koolstofatomen zijn verbonden in vertakte en ringvormige structuren, terwijl koolstofatomen in diesel en vliegtuigbrandstof lange, lineaire ketens vormen. De alcoholen en organische zuren in de olie uit de eerste stap kunnen ook worden gebruikt om plastic en industriële chemicaliën te maken, zegt Dumesic.
Het uiteindelijke doel van de onderzoekers is om suikers te gebruiken die zijn afgeleid van cellulosehoudende biomassa, zoals landbouwafval en switchgrass, in plaats van voedselbronnen zoals maïs en suikerriet. Dat zou de sleutel zijn tot het maken van milieuvriendelijke koolwaterstofbrandstoffen uit fabrieken die economisch concurrerend zijn met aardoliebrandstoffen. De enzymen die worden gebruikt om glucose en andere suikers uit cellulose te extraheren, zijn momenteel echter te duur om het proces concurrerend te maken voor het maken van cellulose-biobrandstoffen.
Of biobenzine nu wel of niet concurreert met zijn petroleumtegenhanger, het kan nog steeds logischer zijn dan het maken van ethanol, zegt Regalbuto. Een van de duurste onderdelen van de productie van ethanol is de energie-intensieve destillatiestap, waarbij ethanol moet worden gescheiden van water. Koolwaterstoffen zoals benzine en diesel drijven ondertussen naar boven, waardoor ze gemakkelijker en goedkoper te scheiden zijn. Bovendien, zegt hij, krijg je een brandstof die 30 procent meer energie bevat [dan ethanol]. Het is dus goedkoper om te maken en het geeft je 30 procent meer benzineverbruik.