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Von Abfallbiomasse zu Jet Fuel
Ein neuartiger chemischer Prozess, der von Forschern der University of Wisconsin-Madison entwickelt wurde, wandelt Zellulose aus landwirtschaftlichen Abfällen in Benzin und Kerosin um. Es produziert Treibstoff, indem es die bisher als unerwünschte Nebenprodukte (Lävulinsäure und Ameisensäure) des Zelluloseabbaus in Zucker modifizierten Stoffe modifiziert. Die Arbeit wurde in der dieswöchigen Ausgabe der Zeitschrift beschrieben Wissenschaft .
Biokraftstoffhahn: Flüssiger Brennstoff fließt aus dem Buten-Oligomerisierungsreaktor, dem letzten Teil eines neuen chemischen Verfahrens zur Herstellung von Biokraftstoffen aus Zellulose.
Das Verfahren ist eine von mehreren neuen Technologien, die konventionelle Kraftstoffe wie Benzin und Diesel aus Biomasse statt aus Erdöl herstellen. Im Gegensatz zu Ethanol – dem heute am weitesten verbreiteten Biokraftstoff – können diese neuen Kraftstoffe problemlos in konventionellen Autos verwendet und mit der bestehenden Infrastruktur transportiert werden. Darüber hinaus speichert der produzierte Kerosin genügend Energie, um kommerzielle oder militärische Flugzeuge anzutreiben.
Bisher sind jedoch Methoden zur Herstellung dieser fortschrittlichen Biokraftstoffe häufig mit biologischen Prozessen verbunden, bei denen Mikroben Zucker aus Biomasse, einschließlich Zellulose, abbauen. Die Wisconsin-Methode könnte sich als zuverlässiger als diese Prozesse erweisen, da es sich um einen chemischen Prozess handelt, der einfacher zu warten ist. Zudem lässt sich das bei der Herstellung entstehende Kohlendioxid leicht abfangen – ein Vorteil gegenüber herkömmlichen Biokraftstoffen.
Um Zellulose, einen großen Bestandteil der Biomasse, in Kraftstoff umzuwandeln, müssen Forscher sie zunächst in einfachere Bestandteile wie Einfachzucker zerlegen. Mikroorganismen verarbeiten diese Zucker dann zu flüssigen Kraftstoffen. Cellulose kann durch Behandlung mit Säuren abgebaut werden, aber diese Reaktionen sind schwer zu kontrollieren – die Zucker werden oft weiter in Ameisen- und Lävulinsäure umgewandelt. Anstatt dagegen anzukämpfen, haben wir uns gefragt, ob wir mit dem unerwünschten Produkt anfangen könnten, Kraftstoff herzustellen, sagt James Dumesic, Professor für chemische und biologische Ingenieurswissenschaften an der University of Wisconsin-Madison.
Es ist ein ganz anderer Ansatz zur Herstellung von Biokraftstoffen, sagt Bob Baldwin, thermochemischer Prozessmanager am National Renewable Energy Laboratory in Golden, CO, der nicht an der Arbeit beteiligt war. Beim Wisconsin-Verfahren werden die Säuren zu Gamma-Valerolacton, einer Industriechemikalie, kombiniert. Katalysatoren aus Siliziumdioxid und Aluminiumoxid helfen dann dabei, dieses in ein Gas namens Buten umzuwandeln, das leicht in flüssige Kohlenwasserstoffkraftstoffe, einschließlich Benzin und Düsentreibstoff, umgewandelt werden kann.
Ein Vorteil des Wisconsin-Verfahrens im Vergleich zu biologischen Wegen zu Biokraftstoffen besteht darin, dass es die Treibhausgasemissionen senken könnte, sagt Doug Cameron, Managing Director und Chief Science Advisor bei Piper Jaffray. Herkömmliche Biokraftstoffe sind bestenfalls CO2-neutral – der Anbau von Pflanzen für Biokraftstoffe entzieht der Atmosphäre Kohlendioxid, das jedoch beim Anbau und der Verarbeitung der Pflanzen sowie bei der Herstellung und Verbrennung der Biokraftstoffe wieder freigesetzt wird. Das neue Verfahren erzeugt einen reinen und unter hohem Druck stehenden Kohlendioxidstrom, der leicht aufzufangen und dauerhaft zu speichern ist. Infolgedessen könnten die Netto-Kohlenstoffemissionen negativ sein – ein Teil des von den Pflanzen aufgenommenen Kohlendioxids würde daran gehindert, in die Atmosphäre zurückzukehren.
Es bleiben jedoch wirtschaftliche Fragen. Baldwin sagt, dass das Verfahren zwar hohe Ausbeuten an den gewünschten Brennstoffen erbringt, es jedoch eine Vielzahl von Verarbeitungsschritten erfordert, einschließlich der Trennung von Zellulose von anderen Bestandteilen der Biomasse, was es teuer machen könnte. Es muss auch mit anderen thermochemischen Verfahren konkurrieren, die an die Arbeit mit Biomasse angepasst werden können, wie beispielsweise diejenigen, die zur Umwandlung von Kohle in flüssige Brennstoffe verwendet wurden.