Biobutanolul este un alcool cu patru atomi de carbon, derivat din fermentarea biomasei. Atunci când este produs din materii prime pe bază de petrol, este denumit în mod obișnuit butanol. Biobutanolul face parte din aceeași familie cu alți alcooli cunoscuți, și anume metanolul cu un singur atom de carbon și alcoolul cu doi atomi de carbon, mai bine cunoscut, etanolul. Importanța numărului de atomi de carbon din orice moleculă dată de alcool este direct legată de conținutul energetic al acelei molecule specifice. Cu cât sunt prezenți mai mulți atomi de carbon, în special în lanțuri lungi de legături carbon-carbon, cu atât alcoolul este mai dens energetic.
Progresele în metodele de procesare a biobutanolului, și anume descoperirea și dezvoltarea microorganismelor modificate genetic, au pregătit terenul pentru ca biobutanolul să depășească etanolul ca și combustibil regenerabil. Odată considerat utilizabil doar ca solvent industrial și materie primă chimică, biobutanolul arată un potențial mare ca și combustibil auto datorită densității sale energetice favorabile, oferă o economie de combustibil mai bună și este considerat un combustibil auto superior (în comparație cu etanolul).
Producția de biobutanol
Biobutanolul este derivat în principal din fermentarea zaharurilor din materii prime organice (biomasă). Din punct de vedere istoric, până aproximativ la mijlocul anilor ’50, biobutanolul era fermentat din zaharuri simple într-un proces care producea acetonă și etanol, pe lângă componenta de butanol. Procesul este cunoscut sub numele de ABE (Acetonă Butanol Etanol) și a utilizat microbi nesofisticați (și nu deosebit de rezistenți), cum ar fi Clostridium acetobutylicum. Problema cu acest tip de microbi este că sunt otrăviți de butanolul pe care îl produc odată ce concentrația de alcool depășește aproximativ 2 procente. Această problemă de procesare cauzată de slăbiciunea inerentă a microbilor generici, plus petrolul ieftin și abundent (la acea vreme), a făcut loc metodei mai simple și mai ieftine de rafinare a butanolului prin distilare din petrol.
Ei bine, cum se schimbă vremurile. În ultimii ani, pe măsură ce prețurile petrolului au crescut constant, iar rezervele mondiale au devenit din ce în ce mai restrânse, oamenii de știință au revenit la fermentarea zaharurilor pentru fabricarea biobutanolului. Cercetătorii au făcut progrese mari în crearea de „microbi proiectați” care pot tolera concentrații mai mari de butanol fără a fi distruși.
Abilitatea de a rezista în medii dure cu concentrație ridicată de alcool, plus metabolismul superior al acestor bacterii îmbunătățite genetic, le-a fortificat cu rezistența necesară pentru a degrada fibrele celulozice dure ale materiilor prime din biomasă, cum ar fi lemnul fibros și iarba de pajiște (switchgrass). Ușa a fost deschisă larg, iar realitatea unui combustibil auto regenerabil competitiv ca și cost, dacă nu chiar mai ieftin, este la îndemâna noastră.
Avantaje
Așadar, în ciuda întregii acestei chimii sofisticate și a cercetării intense, biobutanolul are multe avantaje față de etanolul, până acum, mai ușor de produs.
- Biobutanolul are un conținut energetic mai mare decât etanolul, astfel încât există o pierdere mult mai mică a economiei de combustibil. Cu un conținut energetic de aproximativ 29.3 MJ/L (față de aproximativ 23.4 MJ/L al etanolului), biobutanolul este mult mai aproape de conținutul energetic al benzinei (31.8 MJ/L).
- Biobutanolul poate fi amestecat cu ușurință cu benzină convențională în concentrații mai mari decât etanolul pentru utilizare în motoare nemodificate. Experimentele au arătat că biobutanolul poate funcționa într-un motor convențional nemodificat la 100 procente, dar până în prezent, niciun producător nu garantează utilizarea amestecurilor mai mari de 15 procente.
- Deoarece este mai puțin susceptibil la separare în prezența apei (decât etanolul), poate fi distribuit prin infrastructura convențională (conducte, instalații de amestecare și rezervoare de stocare). Nu este necesară o rețea de distribuție separată.
- Este mai puțin coroziv decât etanolul. Nu numai că biobutanolul este un combustibil de calitate superioară, cu o densitate energetică mai mare, dar este și mai puțin exploziv decât etanolul.
- Rezultatele testelor EPA arată că biobutanolul reduce emisiile, și anume hidrocarburile, monoxidul de carbon (CO) și oxizii de azot (NOx). Valorile exacte depind de starea de reglare a motorului.
Dar asta nu e tot. Biobutanolul ca și combustibil auto – cu structura sa cu lanț lung și preponderența atomilor de hidrogen – ar putea fi folosit ca un punct de plecare pentru aducerea vehiculelor cu celule de combustibil pe bază de hidrogen în mainstream. Una dintre cele mai mari provocări cu care se confruntă dezvoltarea vehiculelor cu celule de combustibil pe bază de hidrogen este stocarea hidrogenului la bord pentru o autonomie sustenabilă și lipsa infrastructurii de hidrogen pentru alimentare. Conținutul ridicat de hidrogen al butanolului l-ar face un combustibil ideal pentru reformare la bord. În loc să ardă butanolul, un reformator ar extrage hidrogenul pentru a alimenta celula de combustibil.
Dezavantaje
Nu este obișnuit ca un tip de combustibil să aibă atât de multe avantaje evidente fără cel puțin un dezavantaj major; cu toate acestea, în cazul argumentului biobutanol versus etanol, se pare că nu este cazul.
În prezent, singurul dezavantaj real este că există mult mai multe instalații de rafinare a etanolului decât rafinării de biobutanol. Și deși instalațiile de rafinare a etanolului le depășesc cu mult pe cele de biobutanol, posibilitatea reconversiei fabricilor de etanol la biobutanol este fezabilă. Și pe măsură ce rafinările continuă cu microorganismele modificate genetic, fezabilitatea conversiei plantelor devine din ce în ce mai mare.
Este clar că biobutanolul este alegerea superioară față de etanol ca aditiv pentru benzină și, probabil, eventual înlocuitor al benzinei. În ultimii aproximativ 30 de ani, etanolul a beneficiat de cea mai mare parte a sprijinului tehnologic și politic și a pregătit piața pentru combustibili auto regenerabili pe bază de alcool. Biobutanolul este acum pregătit să preia ștafeta.
