Butanol jest alkoholem o wzorze chemicznym C4H10O, znany również jako alkohol butylowy, a w zależności od kształtu cząsteczki jego izomery noszą nazwy: n-butanol, tert-butanol, izobutanol.
Poszczególne izomery butanolu ze względu na różny kształt, posiadają różne właściwości. Wszystkie dają się mieszać z wodą w stopniu umiarkowanym, gorzej niż w przypadku etanolu. Otrzymywać go można z paliw stałych ale również przez fermentację biomasy – wtedy jest to biobutanol.
Biobutanol jako paliwo silnikowe
Kaloryczność butanolu wynosi 29,2 MJ/l (dla porównania benzyna ma ok. 32 MJ/l) czyli ok. 36 MJ/kg(1). Z tego względu można spodziewać się kilkuprocentowego zwiększenia zużycia paliwa. Testy z wykorzystaniem innych paliw alkoholowych (etanolu i metanolu) wykazały, że zwiększenie zużycia paliwa nie wynika wprost ze zmniejszenia wartości opałowej paliwa.
Butanol ma stosunkowo niskie ciepło parowania, w porównaniu do metanolu (3x niższe) czy etanolu (2x niższe). Z tego względu łatwiejsze jest uruchamianie silnika na butanolu w niskich temperaturach, ale wciąż nieco trudniejsze niż w przypadku benzyny.
Liczba oktanowa butanolu jest różna w zależności od izomeru, np. n-butanol ma LO 96 a tert-butanol LO 105. Z tego względu tert-butanol używany jest jako dodatek podnoszący odporność benzyny na spalanie stukowe, ale nie można go używać jako samodzielnego paliwa, bo jego temperatura topnienia wynosi 25,5°C (poniżej tej temperatury zamienia się w galaretę).
Jako że wszystkie alkohole zawierają w cząsteczce atomy tlenu, mieszanka paliwowo-powietrzna musi być bogatsza w paliwo niż w przypadku benzyny czy innych paliw węglowodorowych. To z kolei ogranicza zastosowanie paliwa alkoholowego do nowoczesnych silników benzynowych z wtryskiem, które automatycznie (przez komputer sterujący silnikiem) regulują skład mieszanki i ilość wtryskiwanego paliwa. Ponieważ każdy silnik ma ograniczony zakres regulacji składu mieszanki paliwowo-powietrznej, nie można mieszać benzyny z alkoholem w dowolnych proporcjach. Ponieważ butanol w porównaniu do etanolu zawiera mniej tlenu w przeliczeniu na jednostkę masy, można go dodawać do benzyny więcej. I tak jak typowe mieszanki etanolu z benzyną mają 5-20% tego alkoholu, tak mieszanki z butanolem mogą mieć go 8-32%.
W obecności wody biobutanol wykazuje mniejsze tendencje do oddzielania się od benzyny niż etanol.
Produkcja biobutanolu
Podstawową metodą produkcji biobutanolu jest fermentacja, z wykorzystaniem bakterii Clostridium Acetobutylicum. Co ciekawe, bakteria ta jest w stanie przerobić wiele różnych surowców, nie tylko trzcinę cukrową, kukurydzę, pszenicę, ale również słomę i inne materiały zawierające celulozę (a więc również odpady drzewne). Jest to istotna zaleta w porównaniu do produkcji etanolu.
Produkcja butanolu w drodze fermentacji jest bardzo podobna do produkcji etanolu, zatem według niektórych źródeł (np. [2]) możliwe jest łatwe dostosowanie instalacji produkujących aktualnie etanol do produkcji butanolu, bo potrzebne są jedynie niewielkie zmiany na etapie fermentacji i destylacji.
Możliwe problemy z zastosowaniem butanolu
Lepkość butanolu jest kilka razy wyższa niż w przypadku benzyny (przy 20°C 3,64 cSt w porównaniu do 0,4-0,8 cSt), co może powodować kłopoty z układem paliwowym (np. z dobrym rozpyleniem paliwa przez wtryskiwacze).
Istnieje ryzyko, że butanol nie będzie odpowiedni dla niektórych elementów układu paliwowego (np. uszczelek) i może powodować ich rozmiękanie bądź rozpuszczanie.
Na dzień dzisiejszy nie ma samochodów (silników) zdolnych pracować na 100% butanolu.
Przypisy:
(1) źródło [1] nie precyzuje, czy chodzi o wartość opałową czy ciepło spalania.
Źródła:
[1] Artykuł „Butanol fuel”
z serwisu Wikipedia,
[2] „Biobutanol fact sheet” – broszura wydana przez BP i DuPont.
http://scaf.i8.com/FuelFarms.html
Właśnie tego chyba brakuje na tej stronce to niemal całkowite pominięcie glonów do produkcji paliwa. Sa małowymagające, minimalne ilości nawozów, zajmiją mniej przetrzeni w porównaniu np. do kukurydzy, a wydajność porównywalna do rzepaku czy słonecznika. Na NG czy discovery usłyszałem że do zastapienie ropy w skali świata potrzeba 120 tys km powierzchni (1/3 Polski), a moża to zrobic przeciez na wodzie( prosze nie wieszać na mnie psów, ja tylko jestem posłańcem)
Biobultanol świetnym paliwem jest, natomiast niestety nie jest tak prosty do otrzymania jak by się wydawało.
Bakterie szczepu Clostridium które owszem mogłyby przerobić skoszoną trawę z ogródka, na pełnowartościowe paliwo są beztlenowe i potrzebują odpowiednich warunków, niektóre substancje powstające podczas produkcji paliwa niestety są trujące, bo przecież nie tylko paliwo powstaje. Stężenie biobutanolu możliwe do otrzymania maksymalne, jest niewystarczające by samoistnie wytrącił się on z roztworu który otrzymamy po fermentacji (choć mam pewne pomysły co do etapu ekstrakcji). Swego czasu pozbierałem trochę danych na ten temat i wykonałem trochę obliczeń – w tym opłacalności instalacji, przy wykorzystaniu wysłodków do produkcji paliwa, jeśli ktoś jest tym zainteresowany, a chciałby poszukać jak w czasach około wojennych wytwarzano butanol z chęcią „wymienię się” informacjami. (W tych właśnie czasach butanol otrzymywano z fermentacji właśnie, z bodajże drewna.)
Jeśli ktoś posiada informację na której mi zależy prosił bym o kontakt: pholat@gmail.com
Na koniec na zachętę powiem że w najbardziej optymistycznych obliczeniach koszt paliwa o mocy 1l bezołowiowej 95 wychodził mi 2,5zł, a opłata paliwowa na biobutanol nie jest wielka.