Biobutanol
Úvod
Biobutanol je butanol, který je produkován dvoustupňovým kvasným procesem z biomasy upravenými kvasinkami Clostridium tyrobutyricum a Clostridium acetobutylicum.
Vlastnosti
Butanol (butanol-1 či n-butanol, C4H9OH) je alkohol, obsahující čtyři uhlíky a průmyslově se vyrábí hydratací butanu.[1] Butanol má výhřevnost větší než etanol a srovnatelnou s motorovým benzínem. Používá se jako ředidlo a průmyslově se vyrábí hydratací butanu. Jeho produkce dosahuje přes 14 mil. hektolitrů ročně.[2] Biobutanol se může přimíchávat do motorových fosilních paliv v širokém poměru. Butanol je mnohem méně těkavý než etanol nebo motorový benzín. Nedochází tedy k odparu během teplejšího počasí. Také jeho korozivní vlastnosti jsou mnohem menší než u lihu. Biobutanol také nepohlcuje vodu jako biolíh, bod mrazu je -89°C, a proto je možné pro jeho přepravu a skladování použít stávající zařízení.[3] Dá se mísit s benzínem od 10 do 99% a lze jej využít i jako čisté stoprocentní palivo. V Evropě se přidává 10 obj. % butanolu do benzínu, v USA 11,5 obj. %, výhledově až 16 obj. % aniž by se musely modifikovat motory. Zaznívají i názory, že se může přidávat do dieselového paliva.[4]
Technologie výroby
V technologii výroby se uplatňují nové kultury mikroorganismů. Nový druh mikroorganismu ve fermentovaném roztoku působí nejen při vyšší koncentraci butanolu, ale umožňuje vyrábět především butanol. Jedná se o zcela nové kvasinky Clostridium tyrobutyricum a nově vyšlechtěné Clostridium acetobutylicum, které zajišťují optimální produkci butanolu a výtěžnost z glukózy přes 40%. První kmen přeměňuje glukózu na vodík a kyselinu máselnou a druhý poskytuje z kyseliny butanol.[5]
Rovnice procesu je následující[6]: C6H12O6→CH3CH2CH2CH2OH+2CO2+H2O→C4H9OH+2CO2+H2O→C4H9OH+2CO2+H2O
Výroba je kontinuální a probíhá ve dvou fermentorech propojených čerpadlem a potrubím a dále je zde zařízení pro oddělování butanolu z reakční směsi. Stručný technologický postup je následující: Suché či mokré mletí obilnin, sterilizace, přeměna biomasy na zkvasitelné cukry, fermentační reakce za pomoci kvasinek Clostiridium tyrorobutyricum v 1. fermentoru na máselnou kyselinu, přečerpání reakční směsi do druhého fermentoru, fermentace kyseliny máselné kvasinkami Clostridium tyrobutyricum na butanol, oddělení horkých plynů, adsorpce, desorbce, kondenzace, odstřeďování, destilace směsi butanolu s 10% vody. Výsledkem fermentace je tedy kyselina máselná, která je přeměněna na butanol, vodík, oxid uhličitý a voda.[7]
Celkový výtěžek butanolu je ve srovnání s etanolem vyšší, ze l00 kg kukuřice se vyrobí až 38 litrů butanolu, což je lepší výsledek než u etanolu a navíc vzniká i vodík, který je energeticky využitelný. Jelikož technologie výroby biobutanolu se v mnohém podobá technologii výroby biolihu, bude možno využít stávající zařízení na biolíh i při výrobě biobutanolu. Doposud využívaným tzv. ABE (Aceton-ButanolEtanol) fermentačním procesem vzniká také aceton (28 %) a etanol (14 %). V tomto novém technologickém postupu aceton a etanol nevznikají a výtěžnost butanolu je vyšší. Kukuřice zpracovaná na biobutanol poskytuje až o 42 % více energie než při fermentaci na biolíh.[8]
Jako "druhá generace" biobutanolu přijde biobutanol produkovaný novým biotechnologickým procesem, s vyšším stupněm přeměny pomocí biokatalyzátoru. Jejich uvedení do provozu v USA se předpokládá v roce 2010. Jako suroviny se používá řepa, cukrová třtina, kukuřice a dále se mluví o využití pšenice a rostlinné odpady- sláma, tráva, dřevo. Při spalování biobutanolu nevznikají emise oxidů síry a dusíku, oxidu uhelnatého a uhlovodíků. Studie analýzou Well-to-Wheel Life Cycle Analysis prokázala, že produkce emisí je u biobutanolu od přípravy pole po jízdu nejen nižší než u ropných paliv od těžby po jízdu, ale i proti biolihu.[9]
Zdroje
1. ABUŠINOV, Alexandr: Biobutanol - přinese průlom v biopalivech? [cit. 2006-10-01]. Dostupné z WWW: <http://www.enviweb.cz/?env=energie_archiv_gaedb>.
2. SLADKÝ, Václav: Biobutanol – vhodnější náhrada benzinu. Biom.cz [online]. 2007-07-04 [cit. 2008-11-19]. Dostupné z WWW: <http://biom.cz/index.shtml?x=2015305>. ISSN: 1801-2655.
3. BIOENERGYWIKY, Biobutanol. Dostupné z WWW: <http://www.bioenergywiki.net/index.php/Biobutanol>.
4. STAŇKOVÁ, Hana: Biobutanol - palivo budoucnosti [cit. 2008-01-17]. Dostupné z WWW: <http://www.rozhlas.cz/leonardo/priroda/_zprava/415398+biobutanol&hl=cs&ct=clnk&cd=2&gl=cz&lr=lang_cs>.