Biobutanol – butanol jako biopaliwo

Opublikowane przez Krzysztof Lis dnia 25.05.2008 o godzinie 18:52

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.

Być może zainteresują Cię te książki:
<br /> Paliwa do silników o zapłonie iskrowym, Baczewski Kazimierz, Kałdoński Tadeusz,<br /> WYDAWNICTWA KOMUNIKACJI I ŁĄCZNOŚCI WKŁ, Liczba stron: 244, Wymiary: 17×24cm,<br /> Oprawa: Twarda, ISBN: 83-206-1552-6<br />
<br /> Zasilanie silników wysokoprężnych paliwami węglowodorowymi i roślinnymi, W. Lotko,<br /> Wydawnictwo: WNT, Liczba stron: 126, Oprawa: Miękka, ISBN: 83-204-2146-2<br />

Źródła:
[1] Artykuł “Butanol fuel” z serwisu Wikipedia,
[2] “Biobutanol fact sheet” – broszura wydana przez BP i DuPont.

Pokrewne tematy:

1. E85 (encyklopedia) Ponieważ i w Polsce zaczyna się mówić o użyciu mieszanki etanolu z benzyną E85,...
2. Jak zaprząc mikroby do pracy przy produkcji biopaliw? Mikroby bywają wygodnickie i jak na nasze, ludzkie, potrzeby, zbyt leniwe w produkowaniu substancji,...
3. Limuzyny na biopaliwo Limuzyny na biopaliwo? Tak. Czyje? Szefów państw. Gdzie podjadą? Pod budynek, w którym będzie...
4. Olej roślinny jako biopaliwo Olej roślinny można stosować do zasilania silnika diesla na jeden z trzech sposobów: po...
5. Alkohol zamiast benzyny W 1872 gdy Otto opracował pierwszy silnik spalinowy, nie znano jeszcze ropy naftowej i...