Süsivesinikupõhiste biokütuste uus hingamine
Ettevõtteist, mis valmistavad süsivesinik-kütuseid — mida võib olla odavam toota kui etanooli, ent mille energiatihedus on seejuures suurem — mikroobide abiga, puudust ei ole. Mitmed hiljuti asutatud kompaniid nagu LS9 ja Amrys üritavad geneetiliselt muundada mikroobide ainevahetussüsteeme nii, et need hakkaksid suhkruid kasutuskõlblikeks süsivesinikeks kääritama.
Wisconsini teadurid keemilise ja bioloogilise inseneriõppe professor James Dumesidu juhtimisel rakendasid mikroob-käärituse asemel keemilisi reaktsioone. Glükoos muundati biokütuseks kõrgel temperatuuril katalüsaatorite toel. Just tänu kõrgele kuumusele toimib see protsess tuhandeid kordi kiiremini kui mikroobide töö, seega vajab väiksemaid ja odavamaid reaktoreid, selgitab Dumesic. Kasutatavad katalüsaatorid ja parendussüsteemid on sarnased neile, mida rakendatakse nafta töötlemisel, mis samuti protsessi lihtsustaks.
Ajakirja Science veebiversioonis kirjeldatud katalüütiline protsess toimub kahes etapis, mida on võimalik integreerida ja käitada järjestikuliselt, nii et ühe reaktori väljavool suubub otse teise. Nii katalüüsimehhanism kui protsessi pidev loomus annavad uuele lähenemisele lootust, ütleb Dumesicu tööd rahastava USA Riikliku Teadusfondi katalüüsi ja biokatalüüsi programmi juht John Regalbuto. Pealegi on katalüsaatorid korduvkasutatavad, mikroobid aga surevad ja nende varu tuleb pidevalt täiendada, nendib ta. Võrreldes ensüümide või pisikute kasutamisega, selgitab Regalbuto, “tundub asjade praeguse seisu juures olevat katalüsaatoritel rohkem potentsiaali.”
Esimeses reaktoris juhitakse suhkruveelahus üle plaatina-reenium-katalüsaatori temperatuuril umbes 500º K (227º C). Nii eraldatakse viis kuuest suhkrus sisalduvast hapnikuaatomist ning moodustub segu mitmetest süsivesnik-ühenditest nagu alkoholid ja orgaanilised happed. Ühendid moodustavad õlilaadse kihi, mis tõuseb lahuse pinnale.
Seejärel juhitakse õli teise reaktorisse, kus see puutub kokku mitmete tahkete katalüsaatoritega; eralduvad mitmesugused süsivesinikumolekulid, millest koosnevad bensiin, diiselkütus ja reaktiivkütus. Bensiin sisaldab süsivesinikke, milles süsinikuaatomid on ühendatud hargnevatesse ja ringikujulistesse struktuuridesse, samas kui diisli- ja reaktiivkütuse süsinikuaatomid moodustavad pikki, lineaarseid ahelaid. Esimeses etapis saadud õlis sisalduvaid alkohole ja orgaanilisi happeid saab kasutada ka plastmaterjalide ja tööstuskemikaalide tootmiseks, kinnitab Dumesic.
Uurijate lõppeesmärk on kasutada toiduaineallikate nagu mais ja suhkruroog asemel tselluloosi sisaldavast biomassist, näiteks põllumajandusjäätmetest ja vitshirsist eraldatud suhkruid. See oleks võti keskkonnakasulike, naftapõhiste kütustega konkureerimisvõimeliste süsivesinik-kütuste saamiseks taimedest. Glükoosi ja muude suhkrute tselluloosist eraldamiseks kasutatavad ensüümid on siiski hetkel liiga kallid, et protsess ka tselluloosi-biokütuste tootmisel ökonoomne oleks.
Olgu biobensiin oma naftapõhise vennaga võrreldes rentaabel või mitte, võib selle tootmine olla ometi mõistlikum kui etanooli tootmine, ütleb Regalbuto. Üks kulukamaid etappe etanooli tootmises on energianäljane destilleerimine, kus etanool tuleb eraldada veest. Süsivesinikud nagu bensiin ja diisel kerkivad aga ise pinnale, mistõttu neid on kergem ja odavam eraldada. “Pealegi,” lisab ta, “on tulemuseks [etanoolist] 30% energiatihedam kütus. Nii et seda on odavam valmistada ja samas võimaldab see 30% pikemat läbisõitu sama kütusehulga juures.”
Tõlkinud Mart Kalvet.
