Бутанол как топливо – бутанола топлива — Butanol fuel

Топливо бутанола • ru.knowledgr.com

Бутанол может использоваться в качестве топлива в двигателе внутреннего сгорания. Поскольку его более длинная цепь углеводорода заставляет его быть довольно неполярным, это более подобно бензину, чем это к этанолу. Бутанол был продемонстрирован, чтобы работать в транспортных средствах, разработанных для использования с бензином без модификации. У этого есть четыре цепи углеводорода связи.

Это может быть произведено из биомассы (как «биобутанол»)

а также у ископаемого топлива (как «petrobutanol»), но биобутанол и petrobutanol есть те же самые химические свойства.

Производство биобутанола

Бутанол от биомассы называют биобутанолом. Это может использоваться в неизмененных бензиновых двигателях.

Технологии

Биобутанол может быть произведен брожением биомассы процессом A.B.E. Процесс использует бактерию Clostridium acetobutylicum, также известную как организм Вайцмана. Именно Хаим Вейзман сначала использовал эту бактерию для производства ацетона от крахмала (с главным использованием ацетона, являющегося созданием из Кордита) в 1916. Бутанол был побочным продуктом этого брожения (вдвое больше бутанола было произведено). Процесс также создает восстанавливаемую сумму H и многих других побочных продуктов: уксусные, молочные и пропионовые кислоты, изопропиловый спирт и этанол.

Биобутанол может также быть сделан, используя Ralstonia eutropha h26. Этот процесс требует использования электро-биореактора и входа углекислого газа и электричества.

Различие от производства этанола находится прежде всего в брожении сырья для промышленности и незначительных изменений в дистилляции. Сырье для промышленности совпадает с для этанола: энергетические зерновые культуры, такие как сахарные свеклы, сахарный тростник, зерно зерна, пшеница и маниока, предполагаемые непродовольственные энергетические зерновые культуры, такие как switchgrass и даже guayule в Северной Америке, а также сельскохозяйственные побочные продукты, такие как выжимки, солома и стебли кукурузы. Согласно Дюпону, существующие заводы биоэтанола могут рентабельно быть модифицированы к производству биобутанола.

Кроме того, производство бутанола от биомассы и сельскохозяйственных побочных продуктов могло быть более эффективным (т.е. движущая власть двигателя единицы, обеспеченная за расходуемую солнечную энергию единицы), чем производство метанола или этанол.

Бутанол морских водорослей

Биобутанол может быть сделан полностью с солнечной энергией и питательными веществами от морских водорослей (названным Топливом Solalgal) или диатомовые водоросли. Текущая доходность низкая.

Исследование

Хотя спрос на биотопливо повысился до более чем одного миллиарда литров (приблизительно 260 миллионов американских галлонов) ежегодно, брожение остается в основном неэффективным методом производства бутанола. Под нормальными условиями жизни Clostridium у бактериальных сообществ есть низкий урожай бутанола за грамм глюкозы. Получение более высоких урожаев бутанола включает манипуляцию метаболических сетей в пределах бактерий, чтобы расположить по приоритетам синтез биотоплива. Метаболические инструменты технической и генной инженерии позволяют ученым изменять состояния реакций, происходящих в организме, используя передовые методы, чтобы создать бактериальный штамм, способный к высокому урожаю бутанола. Оптимизация может также быть достигнута передачей определенной генетической информации к другим одноклеточным разновидностям, извлекающим выгоду из черт многократных организмов, чтобы достигнуть самого высокого уровня производства алкоголя.

Используя дополнительные углеродные источники

Одно многообещающее развитие в технологии производства биобутанола было обнаружено в конце лета 2011 года — исследователи Тулейнского университета альтернативного топлива обнаружили напряжение Clostridium, названного «TU-103», который может преобразовать почти любую форму целлюлозы в бутанол и является единственным известным напряжением бактерий Clostridium-рода, которые могут сделать так в присутствии кислорода. Исследователи университета заявили, что источник напряжения бактерий Clostridium «TU-103» был наиболее вероятным от твердых отходов от одной из зебры равнин в Зоопарке Одебона Нового Орлеана.

Метаболическая разработка может использоваться, чтобы позволить организму использовать более дешевое основание, такое как глицерин вместо глюкозы. Поскольку процессы брожения требуют глюкозы, полученной из продуктов, производство бутанола может отрицательно повлиять на поставку продовольствия (см., что еда против подогревает дебаты). Глицерин — хороший альтернативный источник для производства бутанола. В то время как источники глюкозы ценны и ограничены, глицерин в изобилии и имеет низкую рыночную цену, потому что это — ненужный продукт производства биодизеля. Производство бутанола от глицерина — экономически жизнеспособные использующие метаболические пути, которые существуют у бактерии Clostridium pasteurianum.

Комбинация succinate и этанола может волноваться, чтобы произвести бутират (предшественник топлива бутанола), используя метаболические пути, существующие у грамположительной анаэробной бактерии Clostridium kluyveri. Succinate — промежуточное звено Цикла трикарбоновых кислот, который усваивает глюкозу. Анаэробные бактерии, такие как Clostridium acetobutylicum и Clostridium saccharobutylicum также содержат эти пути. Succinate сначала активирован и затем уменьшен двухступенчатой реакцией дать 4-hydroxybutyrate, который тогда усвоен далее к crotonyl-коэнзиму (CoA). Crotonyl-CoA тогда преобразован в бутират. Гены, соответствующие этим путям производства бутанола от Clostridium, были клонированы к E. coli.

В 2012 исследователи развили метод для хранения электроэнергии как химическая энергия в выше alcohols (включая бутанол). Эти alcohols могут тогда использоваться в качестве жидкого топлива транспортировки. Команда во главе с Джеймсом Ляо генетически спроектировала lithoautotrophic микроорганизм, который, как известно как Ralstonia Eutropha h26, произвел isobutanol и 3 метила 1 бутанол в электро-биореакторе. Углекислый газ — единственный углеродный источник для этого процесса, и электричество используется в качестве энергичного компонента. Процесс, который они развили эффективно, отделяет легкие и темные реакции, которые происходят во время фотосинтеза. Солнечные батареи используются, чтобы преобразовать солнечный свет в электроэнергию, которая тогда преобразована, используя микроорганизм для химического промежуточного звена. Команда находится теперь в процессе увеличения масштаба операции и полагает, что этот процесс будет более эффективным, чем биологический процесс.

Повышение эффективности

В конце 2012, новое открытие сделало бутанол альтернативного топлива более привлекательным для промышленности биотоплива. Ученый Хао Фэн нашел метод, который мог значительно уменьшить стоимость энергии, вовлеченной в создание бутанола. Его команда смогла изолировать молекулы бутанола во время процесса брожения, таким образом, они не убивают организмы, и производит 100% или больше бутанола. После процесса брожения они использовали процесс, названный разделением точки помутнения, чтобы возвратить бутанол, который использовал в 4 раза меньше энергии.

Также в конце 2012, используя системы метаболическая разработка, корейская исследовательская группа в прежней Корее Продвинутый Институт Науки и техники (KAIST) преуспел в том, чтобы демонстрировать оптимизированный процесс, чтобы увеличить производство бутанола, произведя спроектированную бактерию. Профессор Сан Юп Ли в Отделе Химической и Биомолекулярной Разработки, KAIST, доктора Ду Янга Сеунга в GS Caltex, крупной нефтеперерабатывающей компании в Корее и докторе Ю-Син Дженге в BioFuelChem, компании бутанола запуска в Корее, применил системы метаболический технический подход, чтобы улучшить производство бутанола посредством усиления исполнения Clostridium acetobutylicum, одной из самых известных производящих бутанол бактерий. Кроме того, процесс по нефтепереработке был оптимизирован, и процесс восстановления на месте был объединен, чтобы достигнуть более высокого титра бутанола, урожая и производительности. Комбинация систем, метаболическая оптимизация разработки и биопроцесса привела к развитию процесса, способного к производству больше чем 585 г бутанола от 1,8 кг глюкозы, которая позволяет производству этого важного промышленного растворяющего и продвинутого биотоплива стоиться конкурентоспособный.

У

анаэробных бактерий C. pasteurianum, C. acetobutylicum, и другие разновидности Clostridium есть метаболические пути, которые преобразовывают глицерин в бутанол через брожение. Однако производство бутанола от глицерина брожением в К. Пэстеуриэнуме низкое. Чтобы противостоять этому, группа исследователей использовала химический мутагенез, чтобы создать hyper производящее бутанол напряжение. Лучшее напряжение мутанта в этом исследовании «MBEL_GLY2» произвело 10,8 г бутанола за 80 г глицерина, питаемого бактерии. Это улучшение выдерживает сравнение с 7,6 г бутанола, произведенными местными бактериями.

У

многих организмов есть возможность произвести бутанол, использующий путь иждивенца ацетила-CoA. Основная проблема с этим путем — первая реакция, включающая уплотнение двух молекул ацетила-CoA к acetoacetyl-CoA. Эта реакция термодинамически неблагоприятна из-за уверенного Гиббса свободная энергия, связанная с ним (dG = 6,8 ккал/молекулярные массы). Некоторое экспериментирование было сделано, который включает увеличение углеродного хранения через организм, используя поток углекислого газа через фотосинтетические организмы. Чтобы следовать в этом пути исследования, ученые попытались спроектировать пути реакции, которые могут позволить фотосинтетическим организмам (как сине-зеленые водоросли) произвести бутанол более эффективно.

Исследование, сделанное Этаном Ай. Лэном и Джеймсом К. Ляо, попыталось использовать ATP, произведенную во время фотосинтеза в сине-зеленых водорослях, чтобы работать вокруг термодинамически неблагоприятного уплотнения ацетила-CoA к acetoacetyl-CoA. Родная система была повторно спроектирована, чтобы иметь ацетил-CoA, реагируют с ATP и CO2, чтобы сформировать промежуточное звено, malonyl-CoA. Malonyl-CoA тогда реагирует с другим ацетилом-CoA, чтобы сформировать желаемый acetoacetyl-CoA. Энергетический выпуск от гидролиза ATP (dG =-7.3 ккал/молекулярные массы) делает этот путь значительно более благоприятным, чем стандартное уплотнение. Поскольку сине-зеленые водоросли производят NADPH во время фотосинтеза, можно предположить, что окружающая среда кофактора — богатые NADPH. Поэтому, родной путь реакции был далее спроектирован, чтобы использовать NADPH, а не стандартный NADH. Все эти регуляторы привели к 4-кратному увеличению производства бутанола, показав важность ATP и движущих сил кофактора как принцип разработки в разработке пути.

Производители

Дюпон и BP планируют сделать биобутанол первым продуктом их совместных усилий развить, произвести, и продать биотопливо следующего поколения. В Европе швейцарская компания Butalco развивает генетически модифицированные дрожжи для производства биобутанола от cellulosic материалов. Бутанол гурмана, Соединенные Штаты базировали компанию, развивает процесс, который использует грибы, чтобы преобразовать органические отходы в биобутанол.

Число производителей биобутанола с коммерческими заводами, приезжающими в линию, продолжает расти ежемесячно. В настоящее время есть число заводов биоэтанола, которые преобразовываются в заводы биобутанола, которые должны увеличить число производителей бутанола, поскольку они прибывают онлайн.

Распределение

Бутанол лучше терпит водное загрязнение и менее коррозийный, чем этанол и более подходит для распределения через существующие трубопроводы для бензина. В смесях с дизелем или бензином, бутанол, менее вероятно, отделится от этого топлива, чем этанол, если топливо будет загрязнено водой. Есть также совместные действия co-смеси давления пара с бутанолом и бензином, содержащим этанол, который облегчает смешивание этанола. Это облегчает хранение и распределение топливных смесей.

Свойства общего топлива

Энергетическое содержание и эффекты на экономию топлива

Переключение бензинового двигателя к бутанолу было бы в результате теории в штрафе расхода топлива приблизительно 10%, но эффект бутанола на пробег состоит в том, чтобы все же быть определен научными исследованиями. В то время как плотность энергии для любой смеси бензина и бутанола может быть вычислена, тесты с другими спиртовыми топливами продемонстрировали, что эффект на экономию топлива не пропорционален изменению в плотности энергии.

Рейтинг октана

Рейтинг октана n-бутанола подобен тому из бензина, но ниже, чем тот из этанола и метанола. У n-бутанола есть RON (Октановое число исследования) 96 и ПОНЕДЕЛЬНИК (Моторное октановое число) 78 (с получающимся» (R+M)/2 октановое число насоса» 87, как используется в Северной Америке), в то время как у t-бутанола есть рейтинги октана 105 RON, и 89 t-бутанолов в ПОНЕДЕЛЬНИК используются в качестве добавки в бензине, но не могут использоваться в качестве топлива в его чистой форме, потому что его относительно высокая точка плавления 25.5 °C заставляет его склеиваться и укреплять близкую комнатную температуру.

Топливо с более высоким рейтингом октана менее подвержено удару (чрезвычайно быстрое и самовоспламенение сжатием), и система управления любым современным автомобильным двигателем может использовать в своих интересах это, регулируя выбор времени воспламенения. Это улучшит эффективность использования энергии, приводя к лучшей экономии топлива, чем сравнения энергетического содержания, на которое указывает различное топливо. Увеличивая степень сжатия, дальнейшая прибыль в экономии топлива, власти и вращающем моменте может быть достигнута. С другой стороны топливо с более низким рейтингом октана более подвержено удару и понизит эффективность. Удар может также нанести ущерб двигателя. У двигателей, разработанных, чтобы бежать на 87 октанах, не будет дополнительной власти/экономии топлива от того, чтобы быть управляемым с более высоким топливом октана.

Отношение воздушного топлива

Спиртовые топлива, включая бутанол и этанол, частично окислены и поэтому должны бежать в более богатых смесях, чем бензин. Стандартные бензиновые двигатели в автомобилях могут приспособить отношение воздушного топлива, чтобы приспособить изменения в топливе, но только в пределах определенных пределов в зависимости от модели. Если предел будет превышен, управляя двигателем на чистом этаноле или смеси бензина с высоким процентом этанола, то двигатель будет управлять наклоном, что-то, что может критически повредить компоненты. По сравнению с этанолом бутанол может быть смешан в более высоких отношениях с бензином для использования в существующих автомобилях без потребности в модификации, поскольку отношение воздушного топлива и энергетическое содержание ближе к тому из бензина.

Определенная энергия

У

спиртовых топлив есть меньше энергии за вес единицы и единичный объем, чем бензин. Чтобы позволить сравнить полезную энергию, выпущенную за цикл мера, названная топливом, определенная энергия иногда используется. Это определено как энергия, выпущенная за воздушное топливное отношение. Полезная энергия, выпущенная за цикл, выше для бутанола, чем этанол или метанол и приблизительно на 10% выше, чем для бензина.

Вязкость

Вязкость alcohols увеличивается с более длинными углеродными цепями. Поэтому бутанол используется в качестве альтернативы короче alcohols, когда более вязкий растворитель желаем. Кинематическая вязкость бутанола несколько раз выше, чем тот из бензина и почти столь же вязкая как высококачественное дизельное топливо.

Высокая температура испарения

Топливо в двигателе должно быть выпарено, прежде чем оно будет гореть. Недостаточное испарение — известная проблема со спиртовыми топливами во время холодных запусков в холодной погоде. Поскольку высокая температура испарения бутанола — меньше чем половина того из этанола, двигатель, бегущий на бутаноле, должно быть легче запустить в холодной погоде, чем одно управление на этаноле или метаноле.

Потенциальные проблемы с использованием топлива бутанола

Потенциальные проблемы с использованием бутанола подобны тем из этанола:

• Чтобы соответствовать особенностям сгорания бензина, использование топлива бутанола вместо бензина требует увеличений топливного потока (хотя у бутанола есть только немного меньше энергии, чем бензин, таким образом, требуемое увеличение топливного потока только минимально, возможно 10%, по сравнению с 40% для этанола.)
• Основанное на алкоголе топливо не совместимо с некоторыми компонентами топливной системы.
• Спиртовые топлива могут вызвать ошибочные газовые чтения меры в транспортных средствах с топливным измерением уровня емкости.
• В то время как у этанола и метанола есть более низкая плотность энергии, чем бутанол, их более высокое октановое число допускает большую степень сжатия и эффективность. Более высокая эффективность двигателя внутреннего сгорания допускает меньшие выбросы парниковых газов за движущую извлеченную энергию единицы.
• Бутанол — один из многих продуктов стороны, произведенных из текущих технологий брожения; как следствие текущие технологии брожения допускают очень низкие урожаи чистого извлеченного бутанола. Когда по сравнению с этанолом, бутанол более экономичен как топливная альтернатива, но этанол может быть произведен по намного более низкой цене и с намного большими урожаями.
• Бутанол токсичен по ставке 20 г за литр и, возможно, должен подвергнуться Ряду 1 и Ряду 2 воздействия на здоровье, проверяющие прежде чем быть разрешенным как первичное топливо EPA.

Возможные топливные смеси бутанола

Стандарты для смешивания этанола и метанола в бензине существуют во многих странах, включая ЕС, США и Бразилию. Приблизьтесь эквивалентные смеси бутанола могут быть вычислены от отношений между стехиометрическим отношением топливного воздуха бутанола, этанола и бензином. Общие смеси топливного этанола для топлива, проданного в качестве бензина в настоящее время, колеблются от 5% до 10%. Доля бутанола может быть на 60% больше, чем эквивалентная доля этанола, которая дает диапазон от 8% до 16%. «Эквивалентный» в этом случае относится только к способности транспортного средства приспособиться к топливу. Другие свойства, такие как плотность энергии, вязкость и высокая температура испарения изменятся и могут далее ограничить процент бутанола, который может быть смешан с бензином.

Потребительское признание может быть ограничено из-за потенциально наступательного подобного банану запаха n-бутанола. Планы состоят в том, чтобы в стадии реализации продать топливо, которое является 85%-м Этанолом и 15%-м Бутанолом (85 миллиардов евро), таким образом, существующие двигатели внутреннего сгорания E85 могут бежать на 100%-м возобновимом топливе, которое могло быть сделано, не используя ископаемого топлива. Поскольку его более длинная цепь углеводорода заставляет его быть довольно неполярным, это более подобно бензину, чем это к этанолу. Бутанол был продемонстрирован, чтобы работать в транспортных средствах, разработанных для использования с бензином без модификации.

Текущее использование бутанола в транспортных средствах

В настоящее время никакое производственное транспортное средство, как не известно, одобрено изготовителем для использования с 100%-м бутанолом. С начала 2009 только немного транспортных средств одобрены для того, чтобы даже использовать топливо E85 (т.е. 85%-й этанол + 15%-й бензин) в США. Однако в Бразилии все производители транспортных средств (Фиат, Форд, VW, GM, Тойота, Хонда, Пежо, Ситроен и другие) производят транспортные средства «сгибать-топлива», которые могут бежать на 100%-м этаноле или любом соединении этанола и бензина. Они сгибают топливные автомобили, представляют 90% продаж личных транспортных средств в Бразилии, в 2009. BP и Дюпон, занятый совместным предприятием, чтобы произвести и продвинуть топливо бутанола, утверждают, что «биобутанол может быть смешан до 10%v/v в европейском бензине и 11.5%v/v в американском бензине».

Дэвид Рэйми ездил из Blacklick, Огайо в Сан-Диего, Калифорния, используя 100%-й бутанол в неизмененном 1992 Бик-Парк Авеню.

В 2009 Мелкие гонки Ле-Мана, № 16 Лола B09/86 — Mazda MZR-R Гонок Дайсона работала на смеси биобутанола и этанола, развитого технологическим партнером команды BP.

См. также

• Сельскохозяйственный побочный продукт

• Отношение воздушного топлива

• Биоконверсия биомассы к смешанным спиртовым топливам

• Стандарты эмиссии

• Энергетический урожай

• Топливный этанол

• Биотопливо Gevo

• Список растительных масел, используемых для биотоплива

Внешние ссылки

• Бутанол 3D представление и pdb-файл

---

ru.knowledgr.com

Бутановое топливо – HiSoUR История культуры

Бутанол может использоваться в качестве топлива в двигателе внутреннего сгорания.Поскольку его более длинная углеводородная цепь приводит к тому, что она является довольно неполярной, она больше похожа на бензин, чем на этанол. Было продемонстрировано, что бутанол работает на транспортных средствах, предназначенных для использования с бензином без модификации. Он имеет четырехканальную углеводородную цепь. Он может быть получен из биомассы (как «биобутанол»), а также ископаемого топлива (как «петробутанол»), но биобутанол и петробутанол обладают теми же химическими свойствами.

Производство биобутанола
Бутанол из биомассы называется биобутанолом. Его можно использовать в немодифицированных бензиновых двигателях.

технологии
Биобутанол может быть получен путем ферментации биомассы с помощью процесса ABE. В этом процессе используется бактерия Clostridium acetobutylicum, также известная как организм Вейцмана или Clostridium beijerinckii. Именно Хаим Вейцманн впервые использовал C. acetobutylicum для производства ацетона из крахмала (с основным использованием ацетона в производстве кордита) в 1916 году. Бутанол был побочным продуктом этой ферментации (в два раза больше бутанола ). Процесс также создает восстанавливаемое количество h3 и ряд других побочных продуктов: уксусную, молочную и пропионовую кислоты, изопропанол и этанол.

Биобутанол также может быть получен с использованием Ralstonia eutropha h26. Этот процесс требует использования электро-биореактора и ввода диоксида углерода и электричества.

Отличие от производства этанола заключается прежде всего в ферментации исходного сырья и незначительных изменениях в дистилляции. Сырье такое же, как и для этанола: энергетические культуры, такие как сахарная свекла, сахарный тростник, кукурузное зерно, пшеница и маниока, перспективные непищевые энергетические культуры, такие как свинец и даже гуаюла в Северной Америке, а также сельскохозяйственные побочные продукты, такие как жопа , соломы и кукурузные стебли. По данным DuPont, существующие биоэтаноловые установки могут быть экономически эффективны в производстве биобутанола.

Кроме того, производство бутанола из биомассы и побочных продуктов сельского хозяйства может быть более эффективным (т.е. потребляемая единичная двигательная мощность на единицу потребляемой солнечной энергии), чем производство этанола или метанола.

Водоросли бутанол
Биобутанол может быть полностью изготовлен из солнечной энергии и питательных веществ, из водорослей (называемых Solalgal Fuel) или диатомовых водорослей. Текущая доходность низкая.

Исследование
Хотя спрос на биотопливо ежегодно увеличивался до более миллиарда литров (около 260 миллионов галлонов США), ферментация остается в значительной степени неэффективным методом производства бутанола. В нормальных условиях жизни, Clostridium бактериальные сообщества имеют низкий выход бутанола на грамм глюкозы. Получение более высоких выходов бутанола связано с манипулированием метаболическими сетями внутри бактерий, чтобы определить приоритетность синтеза биотоплива. Метаболическая инженерия и инструменты для генной инженерии позволяют ученым изменять состояния реакций, происходящих в организме, используя передовые технологии для создания бактериального штамма, способного к высокому выходу бутанола. Оптимизация также может быть достигнута за счет передачи конкретной генетической информации другим со-клеточным видам, использующих черты нескольких организмов для достижения наивысшего уровня производства алкоголя.

Использование альтернативных источников углерода
Одна из перспективных разработок в области технологии производства биобутанола была открыта в конце лета 2011 года – ученые-исследователи альтернативного топлива в Университете Тулане обнаружили штамм Clostridium под названием «TU-103», который может превращать практически любую форму целлюлозы в бутанол и является единственным известный штамм бактерий рода Clostridium, которые могут делать это в присутствии кислорода. Исследователи университета заявили, что источник штамма Clostridium «TU-103», скорее всего, был получен из твердых отходов из одной из равнинных зебр в зоопарке Аудубон в Новом Орлеане.

Метаболическая инженерия может использоваться, чтобы позволить организму использовать более дешевый субстрат, такой как глицерин вместо глюкозы. Поскольку для процессов ферментации требуется глюкоза, полученная из продуктов, производство бутанола может отрицательно повлиять на предложение продовольствия (см. Обсуждение продуктов питания против топлива). Глицерин является хорошим альтернативой для производства бутанола. Хотя источники глюкозы ценны и ограничены, глицерин в изобилии и имеет низкую рыночную цену, поскольку он является отходами производства биодизеля. Производство бутанола из глицерина экономически жизнеспособно с использованием метаболических путей, которые существуют в бактерие Clostridium pasteurianum.

Комбинацию сукцината и этанола можно ферментировать для получения бутирата (предшественника бутанолового топлива) с использованием метаболических путей, присутствующих в грамположительной анаэробной бактерие Clostridium kluyveri. Сукцинат является промежуточным звеном цикла TCA, который метаболизирует глюкозу. Анаэробные бактерии, такие как Clostridium acetobutylicum и Clostridium saccharobutylicum, также содержат эти пути. Сукцинат сначала активируют, а затем восстанавливают двухстадийной реакцией с получением 4-гидроксибутирата, который затем метаболизируется далее до кротонил-кофермента A (CoA). Затем Crotonyl-CoA превращают в бутират. Гены, соответствующие этим путям продуцирования бутанола из Clostridium, клонировали в E.coli.

В 2012 году исследователи разработали метод хранения электрической энергии в качестве химической энергии в высших спиртах (включая бутанол). Эти спирты могут затем использоваться в качестве жидких транспортных топлив. Команда во главе с Джеймсом К. Ляо генетически спроектировала литоавтотрофный микроорганизм, известный как Ralstonia Eutropha h26, для получения изобутанола и 3-метил-1-бутанола в электро-биореакторе.Углекислый газ является единственным источником углерода для этого процесса, а электричество используется в качестве энергетического компонента. Процесс, который они развивали, эффективно отделяет легкие и темные реакции, возникающие во время фотосинтеза. Панели солнечных батарей используются для преобразования солнечного света в электрическую энергию, которая затем преобразуется с использованием микроорганизма в химическое промежуточное звено. Команда сейчас занимается расширением масштабов операции и считает, что этот процесс будет более эффективным, чем биологический процесс.

Повышение эффективности
В конце 2012 года новое открытие сделало альтернативный топливный бутанол более привлекательным для отрасли биотоплива. Ученый Хао Фэн нашел метод, который мог бы значительно снизить стоимость энергии, участвующей в производстве бутанола. Его команда смогла выделить молекулы бутанола в процессе ферментации, чтобы они не убивали организмы и не производили 100% или более бутанола. После процесса ферментации они использовали процесс, называемый разделение точек пополам, для восстановления бутанола, который использовал в 4 раза меньше энергии.

Также в конце 2012 года, используя систему метаболической инженерии, корейская исследовательская группа в бывшем Корейском передовом научно-техническом институте (KAIST) преуспела в демонстрации оптимизированного процесса по увеличению производства бутанола путем создания сконструированной бактерии. Профессор Санг Юп Ли на кафедре химической и биомолекулярной инженерии, KAIST, доктор У Юнг Сын в GS Caltex, крупной нефтеперерабатывающей компании в Корее, и д-р Ю-Син Чанг в BioFuelChem, стартап-бутанольной компании в Корее, системный метаболический инженерный подход для улучшения производства бутанола за счет повышения производительности Clostridium acetobutylicum, одной из самых известных бутанол-продуцирующих бактерий. Кроме того, был оптимизирован процесс переработки в нижнем течении и интегрирован процесс восстановления in situ для достижения более высокого уровня титрования бутанола, выхода и производительности. Комбинация систем метаболической инженерии и оптимизации биопроцессов привела к разработке процесса, способного производить более 585 г бутанола из 1,8 кг глюкозы, что позволяет обеспечить конкурентоспособность производства этого важного промышленного растворителя и передового биотоплива.

Анаэробные бактерии C. pasteurianum, C. acetobutylicum и другие виды Clostridium имеют метаболические пути, которые превращают глицерин в бутанол путем ферментации. Однако производство бутанола из глицерина путем ферментации в C. Pasteurianum является низким.Чтобы противостоять этому, группа исследователей использовала химический мутагенез для создания штамма, продуцирующего гипербутанол. Лучший мутантный штамм в этом исследовании «MBEL_GLY2» продуцировал 10,8 г бутанола на 80 г глицерина, подаваемого в бактерии. Это улучшение сравнивается с 7,6 г бутанола, продуцируемого нативными бактериями.

Многие организмы обладают способностью продуцировать бутанол с использованием ацетил-СоА-зависимого пути. Основной проблемой этого пути является первая реакция, связанная с конденсацией двух молекул ацетил-СоА в ацетоацетил-СоА. Эта реакция термодинамически неблагоприятна из-за положительной свободной энергии Гиббса, связанной с ней (dG = 6,8 ккал / моль). Проведено некоторое экспериментирование, которое включает в себя увеличение накопления углерода через организм за счет использования потока углекислого газа через фотосинтетические организмы. Чтобы следовать этому пути исследований, ученые попытались разработать пути реакции, которые могут позволить фотосинтезирующим организмам (например, сине-зеленым водорослям) эффективнее производить бутанол.

Исследование, проведенное Итаном И. Лан и Джеймсом С. Ляо, попыталось использовать АТФ, произведенный во время фотосинтеза в сине-зеленых водорослях, для работы с термодинамически неблагоприятной конденсацией ацетил-СоА с ацетоацетил-СоА. Нативная система была реорганизована так, чтобы ацетил-СоА реагировал с АТФ и СО2 с образованием промежуточного, малонил-СоА. Затем Malonyl-CoA реагирует с другим ацетил-СоА с образованием желаемого ацетоацетил-СоА. Выделение энергии из гидролиза АТФ (dG = -7,3 ккал / моль) делает этот путь значительно более благоприятным, чем стандартная конденсация. Поскольку сине-зеленые водоросли генерируют NADPH во время фотосинтеза, можно предположить, что среда кофактора является богатой НАДФ. Поэтому нативный путь реакции был дополнительно разработан для использования NADPH, а не стандартного NADH.Все эти корректировки привели к 4-кратному увеличению производства бутанола, что свидетельствует о важности движущих сил АТФ и кофактора в качестве принципа проектирования в инженерной механике.

Производители
DuPont и BP планируют сделать биобутанол первым продуктом совместных усилий по разработке, производству и сбыту биотоплива следующего поколения. В Европе швейцарская компания Butalco разрабатывает генетически модифицированные дрожжи для производства биобутанола из целлюлозных материалов. Gourmet Butanol, американская компания, разрабатывает процесс, который использует грибы для превращения органических отходов в биобутанол.

распределение
Бутанол лучше переносит загрязнение воды и менее корродирует, чем этанол, и более подходит для распределения через существующие трубопроводы для бензина. В смеси с дизельным топливом или бензином бутанол реже выделяется из этого топлива, чем этанол, если топливо загрязнено водой. Существует также совместное сочетание давления пара с бутанолом и бензином, содержащим этанол, что облегчает смешивание этанола. Это облегчает хранение и распределение смешанного топлива.

Свойства обычных видов топлива

топливо	энергии плотность	Воздух-топливо соотношение	Конкретный энергия	Теплота парообразование	RON	ПН	AKI
Бензин и биогазолин	32 МДж / л	14,7	2,9 МДж / кг воздуха	0,36 МДж / кг	91-99	81-89	87-95
Бутановое топливо	29,2 МДж / л	11,1	36,6 МДж / кг воздуха	0,43 МДж / кг	96	78	87
Безводное топливо этанола	19,6 МДж / л	9,0	3,0 МДж / кг воздуха	0,92 МДж / кг	107	89
Метанольное топливо	16 МДж / л	6,4	3,1 MJ / кг воздуха	1,2 МДж / кг	106	92

Энергетическое содержание и влияние на экономию топлива
Переключение бензинового двигателя на бутанол теоретически приведет к снижению расхода топлива примерно на 10%, но влияние бутанола на пробег еще не определено научным исследованием. В то время как плотность энергии для любой смеси бензина и бутанола может быть рассчитана, испытания с другими спиртовыми топливами показали, что влияние на экономию топлива не пропорционально изменению плотности энергии.

Рейтинг октана
Уровень октанового числа н-бутанола аналогичен октановому бензину, но ниже, чем у этанола и метанола. n-Бутанол имеет RON (число исследований октана) 96 и MON (число октановое число) 78 (с полученным «октановым числом» (R + M) / 2 насоса октановым числом 87, используемым в Северной Америке), в то время как t -бутанол имеет октановые показатели 105 RON и 89 MON. t-Бутанол используется в качестве добавки в бензине, но не может использоваться в качестве топлива в его чистом виде, поскольку его относительно высокая температура плавления 25,5 ° C (79 ° F) заставляет его гель и затвердевать вблизи комнатной температуры. С другой стороны, изобутанол имеет более низкую температуру плавления, чем н-бутанол, и благоприятный RON 113 и MON 94, и, таким образом, он намного лучше подходит для смеси с высокой фракцией бензина, смесей с н-бутанолом или в виде отдельного топлива.

Топливо с более высоким октановым числом менее склонно к детонации (чрезвычайно быстрое и самопроизвольное сгорание путем сжатия), и система управления любого современного автомобильного двигателя может воспользоваться этим, регулируя время зажигания. Это улучшит энергоэффективность, что приведет к лучшей экономии топлива, чем сравнение энергетического содержания. Увеличивая коэффициент сжатия, можно добиться дальнейших успехов в экономии топлива, мощности и крутящего момента. И наоборот, топливо с более низким октановым числом более склонно к детонации и снижает эффективность. Сбивание может также вызвать повреждение двигателя. Двигатели, предназначенные для работы на октане 87, не будут иметь никакой дополнительной экономии мощности и топлива от работы с более высоким октановым топливом.

Соотношение воздух-топливо
Алкогольные топлива, включая бутанол и этанол, частично окисляются и, следовательно, должны работать в более богатых смесях, чем бензин. Стандартные бензиновые двигатели в автомобилях могут регулировать соотношение воздух-топливо для учета изменений в топливе, но только в определенных пределах в зависимости от модели. Если предел превышен, запустив двигатель на чистом этаноле или бензиновой смеси с высоким процентом этанола, двигатель будет бежать, что может серьезно повредить компоненты. По сравнению с этанолом бутанол можно смешивать в более высоких соотношениях с бензином для использования в существующих автомобилях без необходимости модернизации, поскольку соотношение воздух-топливо и энергетическое содержание ближе к соотношению бензина.

Удельная энергия
Алкогольные топлива имеют меньше энергии на единицу веса и единицы объема, чем бензин.Для того, чтобы сравнить чистую энергию, выделяемую за такт, иногда используется мера, называемая топливом. Он определяется как энергия, выделяемая на соотношение воздуха.Чистая энергия, выделяемая за цикл, выше для бутанола, чем этанол или метанол, и примерно на 10% выше, чем для бензина.

вязкость
Вязкость спиртов увеличивается с более длинными углеродными цепями. По этой причине бутанол используется в качестве альтернативы более коротким спиртам, когда требуется более вязкий растворитель. Кинематическая вязкость бутанола в несколько раз выше, чем у бензина и примерно такая же вязкая, как и высококачественное дизельное топливо.

Теплота испарения
Топливо в двигателе должно испаряться до того, как оно будет гореть. Недостаточное испарение является известной проблемой с алкогольным топливом во время холодных запусков в холодную погоду. Поскольку теплота испарения бутанола меньше половины этанола, двигатель, работающий на бутаноле, должен быть легче запускать в холодную погоду, чем при работе на этаноле или метаноле.

Потенциальные проблемы с использованием бутанолового топлива
Потенциальные проблемы с использованием бутанола аналогичны потенциальным проблемам, связанным с этанолом:

Чтобы соответствовать характеристикам сгорания бензина, использование бутанолового топлива в качестве заменителя бензина требует увеличения расхода топлива (хотя бутанол имеет лишь немного меньше энергии, чем бензин, поэтому требуемое увеличение расхода топлива минимально, может быть, на 10%, по сравнению до 40% для этанола.)
Топливо на основе спирта несовместимо с некоторыми компонентами топливной системы.
Алкогольное топливо может привести к ошибочным показаниям манометра в транспортных средствах с измерением уровня топлива в емкости.
Хотя этанол и метанол имеют более низкую плотность энергии, чем бутанол, их более высокое октановое число обеспечивает большую степень сжатия и эффективность.
Бутанол является одним из многих побочных продуктов, полученных из современных технологий ферментации; как следствие, современные технологии ферментации позволяют получать очень низкие урожаи чистого экстрагированного бутанола. По сравнению с этанолом, бутанол является более экономичным топливом в качестве альтернативы топливу, но этанол может быть произведен с гораздо меньшими затратами и с гораздо большими выходами.
Бутанол токсичен со скоростью 20 г на литр и, возможно, ему необходимо пройти испытания на состояние здоровья уровня 1 и уровня 2 до того, как оно будет разрешено в качестве первичного топлива EPA.

Возможные смеси бутанола
Стандарты для смешивания этанола и метанола в бензине существуют во многих странах, включая ЕС, США и Бразилию. Приблизительные эквивалентные смеси бутанола могут быть рассчитаны на основе соотношения между стехиометрическим соотношением топливо-воздух бутанола, этанола и бензина. Обычные этаноловые топливные смеси для топлива, продаваемого в качестве бензина, в настоящее время составляют от 5% до 10%. Доля бутанола может быть на 60% больше, чем эквивалентная доля этанола, что дает диапазон от 8% до 16%. «Эквивалент» в этом случае относится только к способности транспортного средства приспосабливаться к топливу. Другие свойства, такие как плотность энергии, вязкость и теплота испарения, будут варьироваться и могут дополнительно ограничить процент бутанола, который можно смешивать с бензином.

Потребительский прием может быть ограничен из-за потенциально оскорбительного бананоподобного запаха н-бутанола. Планируется начать продажу топлива, составляющего 85% этанола и 15% бутанола (E85B), поэтому существующие двигатели внутреннего сгорания E85 могут работать на 100% возобновляемом топливе, которое можно было бы производить без использования каких-либо ископаемых видов топлива. Поскольку его более длинная углеводородная цепь приводит к тому, что она является довольно неполярной, она больше похожа на бензин, чем на этанол. Было продемонстрировано, что бутанол работает на транспортных средствах, предназначенных для использования с бензином без модификации.

Бутанол в транспортных средствах
В настоящее время не известно, что производство транспортного средства одобрено изготовителем для использования со 100% бутанолом. По состоянию на начало 2009 года в США утверждается только несколько автомобилей даже для использования топлива E85 (например, 85% этанола + 15% бензина). Однако в Бразилии все производители автомобилей (Fiat, Ford, VW, GM, Toyota, Honda, Peugeot, Citroen и др.) Производят автомобили с гибким топливом, которые могут работать на 100% этаноле или любой смеси этанола и бензина. Эти автомобили с гибким топливом представляют 90% продаж личных автомобилей в Бразилии в 2009 году. BP и Dupont, участвующие в совместном предприятии по производству и продвижению бутанолового топлива, утверждают, что «биобутанол можно смешивать до 10% об. / Об. Европейский бензин и 11,5% об. / Об. В американском бензине ».

В 2005 году Дэвид Рами отправился из Блэкклика, штат Огайо в Сан-Диего, штат Калифорния, используя 100% -ный бутанол на немодифицированной проспекте Buick Park в 1992 году.

В гонке Petit Le Mans 2009 года № 16 Lola B09 / 86 – Mazda MZR-R из Dyson Racing пробегала смесь биобутанола и этанола, разработанная партнером по технологическим технологиям BP.

Преимущества и недостатки
В отличие от биоэтанола это неагрессивное агротопливо, и, похоже, поэтому он не ржавеет в существующих трубопроводах (трубопроводах) неалкогольного углеводородного газа.

Однако они не могут использоваться с этим продуктом, поскольку, поскольку он является текучим, это полностью отключит всю сеть труб одного или двух континентов, и на Земле недостаточно поверхности для выращивания необходимых овощей для обеспечения того же первичного которая сегодня дает природный газ. Также необходимо подумать, что это великие инженерные работы, рассчитанные на годы для определенного продукта и определенный гидравлический поток для каждого раздела, и которые недействительны для этого другого вещества. Не имеет смысла носить его (с деньгами , загрязняющих выбросы и энергию, которые он допускает) сначала к текущим начинаниям этих трубопроводов, где есть месторождения природного газа, а затем ретранслировать их для распространения. Мы должны иметь в виду, что, не делая этого, его энергетический баланс отрицательный, он производит меньше энергии, чем необходимо (в основном из ископаемых видов топлива и атомных электростанций в каталонских странах) для его производства. Хотя, предположительно, не р

www.hisour.com

Использование спиртов как добавок к нефтяным топливам. Метанол как топливо в двигателях внутреннего сгорания (ДВС)

Высокие антидетонационные свойства метанола в сочетании с возможностью его производства из ненефтяного сырья позволяют рассматривать этот продукт в качестве перспективного высокооктанового компонента автомобильных бензинов. Оптимальная добавка метанола — от 5 до 20%; при таких концентрациях бензино-спиртовая смесь характеризуется удовлетворительными эксплуатационными свойствами и дает заметный экономический эффект. Добавка метанола снижает теплоту сгорания топлива и стехиометрический коэффициент при незначительных изменениях теплоты сгорания смеси.

Вследствие изменения стехиометрических характеристик использование 15%-й добавки метанола (смесь М15) в стан¬дартной системе питания ведет к обеднению топливовоздушной смеси примерно на 7%. В то же время при введении метанола повышается октановое число топлива (в среднем на 3—8 единиц для 15%-й добавки), что позволяет компенсировать ухудшение энергетических показателей за счет повышения степени сжатия. Одновременно метанол улучшает процесс сгорания топлива благодаря образованию радикалов, активизирующих цепные реакции окисления. Исследования горения бензино-метанольных смесей в одноцилиндровых двигателях со стандартной и послойной системами смесеобразования показали, что добавка метанола сокращает период задержки воспламенения и продолжительность сгорания топлива. При этом теплоотвод из зоны реакции снижается, а предел обеднения смеси расширяется и становится максимальным для чистого метанола.

Особенности эксплуатационных свойств метанола проявляются и при его использовании в смеси с бензином. Возрастают, например, эффективный КПД двигателя и его мощность, однако топливная экономичность при этом ухудшается. По данным, полученным на одноцилиндровой установке, при е=8,6 и n=2000 мин-1 для смеси М20 (20% метанола) в области к = 1, 0—1, 3 эффективный КПД повышается примерно на 3%, мощность — на 3—4%, а расход топлива увеличивается на 8—10%.

Для холодного запуска двигателя при высоком содержании метанола в топливной смеси или пониженных температурах используют электроподогрев воздуха или топливовоздушной смеси, частичную рециркуляцию горячих отработавших газов, добавки к топливу летучих компонентов и другие меры.

Добавки метанола к бензину в целом способствуют улуч¬шению токсических характеристик автомобиля. Например, в исследованиях, выполненных на группе из 14 автомобилей с пробегом от 5 до 120 тыс. км, добавка 10% метанола изменяла выброс углеводородов как в сторону повышения на 41%, так и уменьшения на 26%, что в среднем составило 1% увеличе¬ния. Выбросы СО и NOx при этом уменьшились в среднем соответственно на 38 и 8% для всей группы автомобилей.

Одной из наиболее серьезных проблем, затрудняющих применение добавок метанола, является низкая стабильность бензино-метанольных смесей и особенно чувствительность их к воде. Различие плотности бензина и метанола и высокая раство¬римость последнего в воде приводят к тому, что попадание даже небольших количеств воды в смесь ведет к ее немедленному расслоению и осаждению водно-метанольной фазы. Склонность к расслоению усиливается с понижением температуры, увеличением концентрации воды и уменьшением содержания ароматических соединений в бензине. Например, при содержании от 0,2 до 1,0% (об.) воды в топливной смеси температура расслаивания повышается от —20 до +10°С, т. е. такая смесь практически непригодна для эксплуатации. Ниже приведены предельные концентрации воды Скр в различных бензино-метанольных смесях:

Для стабилизации бензино-метанольных смесей используют присадки — пропанол, изопропанол, изобутанол и другие спирты. При содержании воды 600 млн-1 помутнение обычной смеси М15 начинается уже при —9°С, при —17°С — смесь расслаивается, а при —20°С наступает практически полная дестабилизация. Добавка 1% изопропанола снижает температуру расслоения почти на 10°С, а добавка 25% —сохраняет стабильность смесей М15 даже с низким содержанием ароматических соединений в бензине практически до —40°С в широком диапазоне содержания воды.

В связи с высокой стоимостью и ограниченностью производства стабилизаторов бензино-метанольных смесей предложено использовать смесь спиртов, главным образом изобутанола, пропанола и этанола. Такая стабилизирующая присадка может быть получена в едином технологическом цикле совместного производства метанола и высших спиртов. Добавка даже небольших количеств метанола изменяет фракционный состав топлива. В результате усиливается склонность к образованию паровых пробок в топливоподающих магистралях, хотя при чистом метаноле это практически исключается из-за его высокой теплоты парообразования. Согласно расчетам, для 10%-й смеси метанола с бензином образование паровых пробок возможно при температурах окружающего воздуха на 8—11°С ниже, чем для базового топлива. Корректировка фракционного состава базового топлива возможна путем снижения содержания легких компонентов с учетом последующей добавки метанола.

Коррозионная активность бензино-метанольных смесей значительно ниже, чем у чистого метанола, однако в ряде случаев существенна и сильно зависит от присутствия воды. Например, в смесях с содержанием 10—15% метанола сталь, латунь и медь не корродируют, алюминий же корродирует медленно с изменением цвета.

За рубежом в карбюраторных двигателях практическое применение получили смеси 10—20% этанола с нефтяными бензинами, получившие название «газохол». Согласно стандарту ASTM, разработанному национальной комиссией по спиртовым топливам США, газохол с 10% этанола характеризуется следующими показателями: плотность 730—760 кг/м3, температурные пределы выкипания 25—210°С, теплота сгорания 41,9 МДж/кг, теплота испарения 465 кДж/к

www.petroel.ru

В чём плюсы и минусы биоэтанола — ДРАЙВ

• Войти
• Регистрация
• Забыли пароль?

• user
• Выход

Найти ДРАЙВ

• Наши
  тест-драйвы
• Наши
  видео
• Цены и
  комплектации
• Сообщество
  DRIVE2

• Новости
• Наши тест-драйвы
• Наши видео
• Поиск по сайту
• Полная версия сайта
• Войти
• Выйти

• Acura
• Alfa Romeo
• Aston Martin
• Audi
• Bentley
• Bilenkin Classic Cars
• BMW
• Brilliance
• Cadillac
• Changan
• Chery
• Chevrolet
• Chrysler
• Citroen
• Daewoo
• Datsun
• Dodge
• Dongfeng
• FAW
• Ferrari
• FIAT
• Ford
• Foton
• Geely
• Genesis
• Great Wall
• Haima
• Haval
• Hawtai
• Honda
• Hummer
• Hyundai
• Infiniti
• Isuzu
• JAC
• Jaguar
• Jeep
• KIA
• Lada
• Lamborghini
• Land Rover
• Lexus
• Lifan
• Maserati
• Mazda
• Mercedes-Benz
• MINI
• Mitsubishi
• Nissan
• Opel
• Peugeot
• Porsche
• Ravon
• Renault
• Rolls-Royce
• Saab
• SEAT
• Skoda
• Smart
• SsangYong
• Subaru
• Suzuki
• Tesla
• Toyota
• Volkswagen
• Volvo
• Zotye
• УАЗ

• Kunst!
• Тесты шин
• Шпионерия
• Автомобизнес
• Техника
• Наши дороги
• Гостиная
• Автоспорт
• Авторские колонки

• Acura
• Alfa Romeo
• Aston Martin
• Audi
• Bentley
• BCC
• BMW
• Brilliance
• Cadillac
• Changan
• Chery
• Chevrolet
• Chrysler
• Citroen
• Daewoo
• Datsun
• Dodge
• Dongfeng
• FAW
• Ferrari
• FIAT
• Ford
• Foton
• Geely
• Genesis
• Great Wall
• Haima
• Haval
• Hawtai
• Honda
• Hummer
• Hyundai
• Infiniti
• Isuzu
• JAC
• Jaguar
• Jeep
• KIA
• Lada
• Lamborghini
• Land Rover
• Lexus
• Lifan
• Maserati
• Mazda
• Mercedes-Benz
• MINI
• Mitsubishi
• Nissan
• Opel
• Peugeot
• Porsche
• Ravon
• Renault
• Rolls-Royce
• Saab
• SEAT
• Skoda
• Smart
• SsangYong
• Subaru
• Suzuki
• Tesla
• Toyota
• Volkswagen
• Volvo
• Zotye
• УАЗ

www.drive.ru

Метанол топлива — Methanol fuel

Эта статья о метаноле , используемом в качестве топлива. Для других спиртов , используемых в качестве топлива, см спирта топлива .

Метанол является альтернативным топливом для внутреннего сгорания и других двигателей, либо в комбинации с бензином или непосредственно. Он используется в гоночных автомобилей во многих странах. В США, метанол топливо получило меньше внимания , чем этанол топливо в качестве альтернативы нефти основанного топлива. В общем, этанол является менее токсичным и имеет более высокую плотность энергии , хотя метанол является менее дорогим в производство устойчива и является менее дорогостоящим способом снижения выбросов углекислого газа . Тем не менее, для оптимизации характеристик двигателя, наличие топлива, токсичность и политическое преимущество, смесь этанола, метанола и нефти, вероятно, будет предпочтительнее с использованием любого из одних только этих индивидуальных веществ. Метанол может быть сделан из углеводорода или возобновляемых ресурсов, в частности природного газа и биомассы соответственно. Она также может быть синтезирована из CO ₂ ( диоксид углерода ) и водорода .

История и производство

Исторически сложилось, что метанол сначала получают путем деструктивной перегонки ( пиролиза ) древесины, в результате чего его общего английского названия древесный спирт .

В настоящее время метанол, как правило , производится с использованием метана (главный составляющей природного газа ) в качестве исходного материала. В Китае, метанол сделан для топлива из угля.

«Биометанола» может быть получен путем газификации органических материалов в синтез — газ с последующим обычным синтеза метанола. Этот маршрут может предложить производство метанола из биомассы на эффективности до 75%. Широкомасштабное производство по этому маршруту имеет планируемый потенциал , чтобы предложить метанол топлива при низкой стоимости и с пользой для окружающей среды (см Хагена, SABD и Oláh ссылки ниже). Эти методы производства, однако, не пригодны для мелкого производства .

В последнее время метанол топливо было произведено с использованием возобновляемых источников энергии и углекислый газ в качестве сырья. Carbon Recycling International , исландский-американская компания, завершила первый коммерческий масштаб завода по производству метанола возобновляемых источников в 2011 году.

Основное применение топлива

В ОПЕК нефтяного кризиса 1973 года , Рид и Лернер (1973) предложили метанол из угля в качестве проверенного топлива с хорошо налаженной технологией производства и достаточными ресурсами для замены бензина. Хаген (1976) рассмотрел перспективы для синтеза метанола из возобновляемых ресурсов и его использования в качестве топлива. Затем в 1986 году шведское моторного топлива Technology Co. (SBAD) широко рассмотрено применение спиртов и спиртовых смесей в качестве моторного топлива. Он рассмотрел потенциал для производства метанола из природного газа, очень тяжелых нефтей, битуминозных сланцев, углей, торфа и биомассы. В 2005 году , 2006 Нобелевской премии лауреат Джордж А. Олах , ГК Сурья Пракаш и Ален Гепперт выступает за весь метанол экономики на основе аккумулирования энергии в синтетически полученного метанола. Метанол институт , метанол торговая организация производства, сообщений доклады и презентации метанола. Директор Грегори Долан представил 2008 глобальный метанол топливной промышленности в Китае.

26 января 2011 года Европейский Союз «s Генеральный директорат по вопросам конкуренции , утвержденных Шведского энергетического агентства награду в размере 500 млн шведских крон (ок. € 56m по состоянию на январь 2011 года) в направлении строительства 3 млрд шведских крон (ок. € 335M) в промышленном масштабе экспериментальное развитие биотоплива завод по производству биометанола и BioDME на Domsjö Fabriker биохимического комплекса в Örnsköldsvik , Швеция, используя Chemrec в черный щелок газификация технологии.

Пользы

Двигатель внутреннего сгорания топлива

Как метанол и этанол сгорают при более низких температурах , чем бензин, и оба они менее летучими, что делает запуск двигателя в холодной погоде более трудным. Используя метанол в качестве топлива в двигателях с искровым зажиганием может предложить повышенную тепловую эффективность и повышенную выходную мощность (по сравнению с бензином) из — за его высокой октановым числом (114) и высокой теплоты испарения. Однако, его низкое содержание энергии 19,7 МДж / кг и стехиометрическом соотношении воздух-топливо 6,42: 1 означает , что расход топлива (по объему или массе оснований) будет выше , чем углеводородные виды топлива. Дополнительная вода , образующаяся также делает заряд , а влажный ( по аналогии с двигателями водорода / кислородом сгорания) и с образованием кислых продуктов в процессе сгорания, ношение клапанов, седло клапанов и цилиндра может быть выше , чем при сжигании углеводородов. Некоторые добавки могут быть добавлены к топливу для нейтрализации этих кислот.

Метанол, как этанол, содержит растворимые и нерастворимые примеси. Эти растворимые примеси, галоидные ионы , такие как ионы хлорида, имеют большое влияние на коррозионную активность спиртовых топлив. Галоидные ионы увеличивают коррозию два способов; они химически атаковать пассивирующие оксидные пленки на несколько металлах , вызывающие питтинговой коррозию, и они увеличивают проводимость топлива. Повышенная электропроводность способствует электрической, гальванической, и обычной коррозии в топливной системе. Растворимые примеси, такие как гидроксид алюминия , сам продукт коррозии галогенид — ионов, забивают топливную систему с течением времени.

Метанол (В автомобильных терминах) гигроскопичен , то есть он будет поглощать водяной пар непосредственно из атмосферы. Поскольку водопоглощения разбавляет значение топлива в метаноле (хотя он подавляет стук двигателя), и может привести к разделению фаз метанола-бензин смесей, контейнеры метанола топлива должны храниться плотно закрытый.

По сравнению с бензином, метанол является более терпим к рециркуляции отработавших газов (EGR), что повышает эффективность использования топлива в двигателях внутреннего сгорания с использованием Отто цикла и искрами зажигания.

Кислоты, хотя и слабый, метанол атакует оксидное покрытие, которое обычно защищает алюминий от коррозии:

6 СН ₃ ОН + Al ₂ O ₃ → 2 , Al (ОСН ₃ ) ₃ + 3 Н ₂ О

Полученные метоксид соли растворимы в метаноле, в результате чего в чистой алюминиевой поверхности, которая легко окисляется растворенным кислородом . Кроме того , метанол может выступать в качестве окислителя:

6 СН ₃ ОН + 2 Al 2 → Al (ОСН ₃ ) ₃ + 3 Н ₂

Этот встречный процесс эффективного топлива от коррозии , пока либо металл не будет съедена или концентрация СН ₃ ОН является незначительным. Коррозионная Метанол была обратилась с метанолом-совместимых материалов и присадок к топливу , которые служат в качестве ингибиторов коррозии.

Органический метанол, получает из древесины или других органических материалов ( биоспирт ), был предложен в качестве возобновляемых альтернатив на основе нефть , углеводороды . Низкий уровень метанола может быть использован в существующих транспортных средствах с добавлением сорастворителей и ингибиторов коррозии.

гоночный

Чистый метанол требуется правилом для использования в Champcars , Monster Trucks , УСК Спринт автомобилей (а также карлики, modifieds, и т.д. ), а также другие серии грязи дорожки, такие как Мир Outlaws , и спидвей , в основном потому, что в событие аварии, метанол не производит непрозрачное облако дыма. С конца 1940 — х годов, метанол также используется в качестве основного ингредиента топлива в силовых для управления радио , линии управления и свободный полет модели самолета (смотри ниже) , легковых и грузовых автомобилей; такие двигатели используют платину нити накаливания , которая зажигает паров метанола посредством каталитической реакции. Drag гонщики , грязевые гонщики, и сильно модифицированные съемники трактора также используют метанол в качестве основного источника топлива. Метанол требуется с двигателем с наддувом в Top Alcohol Dragster , и до конца сезона 2006 года все транспортные средства в Индианаполисе 500 пришлось работать на метаноле. В качестве топлива для грязевых гонщиков, метанола смешивают с бензином и закись азота производит больше энергии , чем бензин и только закиси азота.

Начиная с 1965 года, чистый метанол используется широко распространенный в УСК Indy автомобиля конкуренции, которая в то время включала Индианаполис 500 .

Безопасность была преобладающее влияние на принятие метанола топлива в США с открытыми колесами гоночных категорий. В отличии от нефтяных пожаров, метанол пожары могут быть потушены с простой водой. Пожар метанола на основе сгорает незримо, в отличие от бензина, который горит с видимым пламенем. Если пожар возникает на трассе, нет пламени или дыма , чтобы препятствовать виду быстро приближающихся водителей, но это также может задержать визуальное обнаружение пожара и начала тушения пожаров. Поломка семь автомобилей на втором круге 1964 Индианаполиса 500 в результате USAC решения «s поощрений, а позже мандат, использование метанола. Эдди Sachs и Дэйв Макдональд погиб в аварии , когда их бензин -fueled автомобили взорвались. Бензина вызвал пожар создал опасное облако густого черного дыма, полностью перекрыл вид на трассу для встречных автомобилей. Джонни Рутерфорд , один из других водителей , участвующих, водил метанол топлива автомобиля, который также просочился после аварии. В то время как этот автомобиль сгорел от удара первого огненного шара, она формируется гораздо меньше инферна , чем бензиновые автомобили, и один , который горел невидимо. Это свидетельство, и давление со стороны The Indianapolis Star писатель Джордж Мур, привело к переходу на спиртовое топливо в 1965 году.

Метанол был использован CART цепи во всей своей кампании (1979-2007). Он также используется многими-короткий трек организаций, особенно лилипута, спринтерских автомобилей и спидвея велосипедов. Чистый метанол используется IRL от 1996-2006.

В 2006 году в сотрудничестве с этанолом промышленности, IRL использовали смесь 10% этанола и 90% метанола в качестве топлива. Начиная с 2007 года, IRL перешел на «чистый» этанол , E100.

Метанол топливо также широко используется в гонках бремени , в первую очередь в Топе Alcohol категории, в то время как между 10% и 20% метанол может быть использован в Top Fuel классов в дополнении к нитрометану .

Формула Один гоночные продолжает использовать бензин в качестве топлива, но в довоенных гонках Гран метанола часто используются в топливе.

Метанол также используется в Monster Truck гонки.

Топливо для моделей двигателей

Наиболее ранние модели двигателей для свободного полета модели самолета пролетов до конца Второй мировой войны использовали 3: 1 смесь белого газа и тяжелой моторной вязкости масла для двигателей с искровым зажиганием двухтактных , используемых для хобби в то время. К 1948, новым запальной свече -ignition модель двигатели начали взять на рынке, что требует использования метанола топлива для реакции в каталитической реакции с намотанной платиновой нитью в запальной свече для двигателя , чтобы запустить, как правило , с использованием касторового масла основанная смазка , содержащаяся в топливной смеси при температуре примерно 4: 1 соотношение. Разнообразие тлеющего зажигания модели двигателя, так как он больше не требуется бортовая батарея , катушки зажигания , точки зажигания и конденсатора , которые требуют искры модель зажигания двигателя, сохраняется ценный вес и позволили модели самолетов , чтобы иметь более высокую производительность полета. В их традиционно популярных двухтактных и более популярными формами четырехтактных, производимые в настоящее время одноцилиндровый метанол топливе накаливания двигатели обычный выбор для контролируемого воздушного судна радиосвязи для рекреационного использования, для размеров двигателей , которые могут варьироваться от 0,8 см ³ (0,049 куб. в.) до такого размера , как от 25 до 32 см ³ (1,5-2,0) cu.in смещения, и значительно больших перемещений для парных и мульти-блок цилиндров с противоположным расположением цилиндров и радиальные модель конфигурации авиационных двигателей, многие из которых являются четырехтактным конфигурации. Большинство моделей двигатели метанола топлива, особенно те за пределами Северной Америки, могут быть легко работать на так называемом ФАИ -specification метанола топлива. Такие топливные смеси могут потребоваться ФАИ для определенных событий в так называемом ФАИ класса «F» международной конкуренции, что запрещают использование нитрометана в качестве компонента топлива тлеющего двигателя. В отличие от фирм , в Северной Америке , которые делают метанол питаемый модели двигателей, или которые находятся за пределами этого континента и имеют самый большой рынок в Северной Америке для таких миниатюрных силовых, как правило, производят двигатели , которые могут и часто будет лучше работать с определенным процентом нитрометан в топливе, которое при использовании может быть всего лишь 5% до 10% от объема, и может быть столько же , сколько от 25 до 30% от общего объема топлива.

токсичность

Метанол происходит естественным образом в организме человека и в некоторых фруктах, но является ядовитым в высокой концентрации. Прием внутрь 10 мл может привести к слепоте и 60-100 мл могут быть смертельными, если условие не лечить. Как и многие другие летучие химические вещества, метанол не должны быть проглочены, чтобы быть опасным, так как жидкость может всасываться через кожу, а пары через легкие. Метанол топливо намного безопаснее при смешивании с этанолом, даже при относительно низких процентов этанола.

Максимальный США допускается воздействие на воздухе (40 ч / неделю) составляет 1900 мг / м³ для этанола, 900 мг / м³ для бензина и 1260 мг / м³ для метанола. Тем не менее, это гораздо менее летучее , чем бензин, и , следовательно , имеет более низкие выбросы в виде испарений, производя более низкий риск воздействия для эквивалентного разлива. В то время как метанол предлагает несколько различных путей облучения токсичность, эффективная токсичность не хуже , чем бензин или бензин, и отравление метанолом гораздо легче успешно лечить. Один серьезную озабоченность в том , что отравление метанолом обычно необходимо лечить , пока она еще бессимптомно для полного выздоровления.

Вдыхание риск смягчается характерным резким запахом. При более высоких концентрациях, чем 2000 частей на миллион (0,2%), что, как правило, весьма заметно, однако более низкие концентрации могут оставаться незамеченными в то же время потенциально токсичными в течение более длительных экспозиций, и по-прежнему может представлять опасность пожара / взрыва. Опять же, это похоже на бензин и этанол; Существуют стандартные протоколы безопасности для метанола и очень похожи на те, для бензина и этанола.

Применение метанола топлива уменьшает выбросы выхлопных газов некоторых углеводородов , связанные токсины , такие как бензол и 1,3 бутадиена, а также значительно сокращает долгосрочное загрязнение грунтовых вод , вызванное разлива топлива. В отличии от бензола семейства топлива, метанол будет быстро и не токсично разлагается, без долгосрочного ущерба окружающей среды до тех пор , как он достаточно разбавленный.

Пожарная безопасность

Метанол гораздо труднее поджечь, чем бензин и сжигает около 60% медленнее. Метанольный огнь высвобождает энергию на уровне около 20% от скорости бензинового пожара, в результате чего значительно более холодного пламени. Это приводит к гораздо менее опасным огнем, который легче содержать с соответствующими протоколами. В отличии от бензиновых пожаров, вода является приемлемой и даже предпочтительным в качестве подавления огня для метанола пожаров, так как это и охлаждает огнь и быстро разжижает топлива ниже концентрации, при которой он будет поддерживать самое-воспламеняемость. Эти факты означают, что в качестве моторного топлива, метанол имеет большие преимущества безопасности по сравнению с бензином. Этанол разделяет многие из тех же преимуществ.

Так как пары метанола тяжелее воздуха, он будет задерживаться близко к земле или в яме, если нет хорошей вентиляции, а если концентрация метанола составляет выше 6,7% в воздухе может быть освещен искрой и взрывается выше 54 F / 62 C. После того, как в огне, неразбавленным метанол огонь испускает очень мало видимый свет, что делает его потенциально очень трудно увидеть огнь или даже оценить его размер при ярком дневном свете, хотя в подавляющем большинстве случаев, существующие загрязнители или огнеопасные в огонь (например, шины или асфальт) окрашивает и повысить видимость огня. Этанол, природный газ, водород и другие существующие виды топлива предлагают аналогичные проблемы пожарной безопасности, а также существуют стандартные протоколы безопасности и пожаротушения для всех таких видов топлива.

смягчение после аварии ущерб окружающей среде облегчается за счет того, что низкой концентрацией метанола является биоразлагаемым, обладает низкой токсичностью, и не сохраняется в окружающей среде. Пост-пожарной очистки часто просто требует больших дополнительных количеств воды для разбавления пролитого метанола с последующим восстановлением пылесосом или поглощения жидкости. Любой метанол, который неизбежно уходит в окружающую среду будет иметь незначительное долгосрочное воздействие, и при достаточном разбавлении будет быстро разлагается с практически без ущерба окружающей среды из-за токсичности. Разлив метанола, что в сочетании с существующим бензиновым разливом может вызвать смешанный метанол / бензин разлив упорствовать около 30% до 35% больше, чем бензин в одиночку сделал бы.

использование

Соединенные Штаты

Штат Калифорния провел экспериментальную программу с 1980 по 1990 год, что позволило любому преобразовать бензин автомобиль 85% метанола с 15% добавок выбора. Более 500 автомобилей были преобразованы в высокой степени сжатия и выделенного использования 85/15 метанола и этанола.

В 1982 году большой три были даны каждый $ 5000000 для проектирования и контрактов на 5000 транспортных средств , которые будут куплены государством. Это было раннее использование низкого сжатия гибких топливных транспортных средств .

В 2005 год губернатор Калифорнии, Арнольд Шварценеггер , прекратил использование метанола , чтобы присоединиться к расширяющемуся использованию этанола , приводимые производителями кукурузы. В 2007 году этанол был оценен в 3 -х до 4 долларов за галлон ( от 0,8 до 1,05 доллара за литр) в насосе, в то время как метанол сделан из природного газа остается на уровне 47 центов на галлон (12,5 цента за литр) в объеме, а не в насосе.

В настоящее время не существует , действующие АЗС в Калифорнии , снабжающие метанол в своих насосах. Rep . Eliot Engel [D-NY17] представил «An Open Fuel Standard» Закон в Конгрессе: « Для того, чтобы требовать от производителей автомобильных , чтобы гарантировать , что не менее 80 процентов автомобилей , произведенных или проданных в Соединенных Штатах каждого такого производителя работать на топливных смесях , содержащих 85 процентов этанола, 85 процентов метанола, или биодизель «.

Европейский Союз

Поправки Директива качества топлива, принятая в 2009 году позволяет до 3% об / об смеси-ин метанола в бензине.

Бразилия

Привод , чтобы добавить заметный процент метанола в бензин получил очень близко к реализации в Бразилии , после пилотного теста , созданного группой ученых с участием смешивания бензина с метанолом между 1989 и 1992 в большем масштабе пилотного эксперимента , который должен был быть провела в Сан — Паулу было наложено вето в последнюю минуту мэром города, из заботы о здоровье работников заправочных станций, которые не будут ожидать следовать меры предосторожности. В 2006 году , идея не всплыли.

Индия

Niti Aayog, Планирование комиссии Индии 3 августа 2018 года объявил о том, что, если это возможно, пассажирские транспортные средства будут работать на 15% метанола смешанного топлива. В настоящее время транспортные средства в Индии использовать до 10% этанол-топливной смеси. В случае одобрения правительством он будет сократить ежемесячные расходы на топливо на 10%. В Индии этанол стоит РТС 42 литр, а цена метанола оценивается в менее чем 20 рупий за литр.

Смотрите также

Рекомендации

внешняя ссылка

• Обеспокоенность Метанол безопасности, преимущество и коррозионные свойства
• Коммерческая Масштаб Демонстрация процесса жидкой фазы Метанол, Департамент энергетики Производство метанола по экологически чистых угольных электростанций на $ 0,50 — 0,60 за галлон.
• DOE Альтернативные виды топлива для центров обработки данных — Метанол
• Метанол в качестве альтернативного топлива записи о дискуссии с Нобелевской премией Джорджа Olah эфире NPR .
• Революция в энергетике Зубрин Мандатов Гибкие топлива транспортных средств для работы на этаноле и метаноле, а также бензин будет defund производителей нефти , которые финансируют террористов. Стоимость одного автомобиля составляет $ 100 — $ 800.
• [1] Кембриджский университет, общее управление острых отравлений, конкретных отравления: Метанол
• Цикл синтетического топлива Эффективность Физика 240, Стэнфордский университет , осень 2010

ru.qwertyu.wiki

Биобутанол | Проект Заряд

Биобутанол

Бутанол или бутиловый спирт с формулой C4H9OH представляет собой бесцветную ядовитую жидкость с ярко-выраженным запахом сивушного масла. В мире известны 4 вида бутанола: нормальный первичный бутиловый спирт СН3(СН2)3ОН, нормальный вторичный бутиловый спирт СН3СН2СН2(ОН)СН3, изобутиловый спирт (СН3)2СНСН2ОН и триметилкарбинол (СН3)3СОН.

В промышленных объемах бутанол получают путем оксосинтеза из пропилена с добавлением к реакции никель-кобальтовых катализаторов. Реакция протекает при температурах от 130 до 150 °C и давлении в 20 — 35 Мпа.

Начало производства бутанола было положено еще в 10 годах  XX века, тогда применялась бактерия Clostridia acetobutylicum. Сырьем мог послужить сахарный тростник, кукуруза, свекла, пшеница, маниока, а в дальнейшем и целлюлоза.

Когда в 50-е годы упали  цены на нефть, бутанол начали получать из нефтепродуктов. Сейчас в США выделяется около 1.39 млрд. литров разных видов бутанола каждый год.

История биобутанола

Заключив между собой соглашение по ведению разработок с целью получения биобутанола в 2003 году, две огромные международные корпорации DuPont и British Petroleum (BP) начали свое 3-х летнее сотрудничество. Спустя эти 3 года все исследования были завершены и проект создания революционного вида биотоплива второго поколения – биобутанола был опубликован. Вскоре, уже к концу 2007 года биобутанол начал производиться и успешно продаваться на территории Великобритании.

Помощь по производству биобутанола в Британии помогла организовать компания British Sugar, которая позволила переоборудовать свою фабрику, ферментирующую биопродукты в этанол.

Биобутанол по своей структуре похож на биоэтанол, но в отличие от него он более калорийный и нуждается в меньших затратах при производстве. Производство биобутанола намного проще с технической точки зрения, нежели производство классического этанола. Его можно выделять из кукурузы, сахарной свеклы, пшеницы, сахарного тростника и ячменя. Сейчас для производства биобутанола планируется начать использовать целлюлозосодержащие компоненты различных сельскохозяйственных культур, например сухие стебли кукурузы или солому.

Биобутанол называют следующим значительным этапом в развитии отрасли биотоплива. Особое внимание к этой сфере определенно не случайно, ведь сейчас именно биотопливо должно улучшить экологическую ситуацию в мире, так как над этой проблемой бьется уже не одно поколение ученых.

Биобутанол можно добавлять и к обычным видам бензина, а также бензину, в котором есть этанол. Дело в том, что новая разработка можно с легкостью использовать в современных двигателях внутреннего сгорания автомобилей.

Преимущества биобутанола

Во-первых, из-за низкого давления паров, биобутанол легко смешать с обычным бензином.

Во-вторых, калорийность биобутанола близка к этому показателю у бензина, в отличие от этанола. А значит, что использование биобутанола потребителем вызывает намного меньше проблем с экономией топлива. Это очень важно, ведь на данный момент доля применяемого биотоплива в  смесях горючего регулярно возрастает.

Биобутанол возможно включать в смесь и в более больших концентрациях, нежели его предшественника — биоэтанол, для использования в обыкновенных автомобильных двигателях. Сейчас биобутанол можно добавлять к бензину до 10% от общего объема при этом, совершенно не изменяя конструкцию двигателя.

Сейчас планируется, что в будущем появится возможность включения биобутанола в бензин до 16% от всего объема без ремонта двигателя.

Если смесь бензина с биобутанолом смешать с водой, то она расслаивается меньше, чем смесь этанола с бензином. Отсюда следует, что можно использовать уже существующие инфраструктуры дистрибуции, без каких-либо модификаций среди установок смешивания, хранилищ, а также заправок.

Планируется транспортировать биобутанол по уже существующим трубопроводам, а значит, его  можно с легкостью доставить и добавить к бензину, что позволяет избежать потребностей в дополнительной крупномасштабной инфраструктуре. Другие виды биотоплива переправлять по таким трубопроводам не получится.

Но, несмотря на такие значительные отличия у биобутанола есть много синергичных свойств с биоэтанолом:

1)Биобутанол выделяют из тех же продуктов сельского хозяйства, что и сам этанол — кукуруза, пшеница, сахарная свекла, сорго, кассава и сахарный тростник.

2)Все существующие мощности, связанные с производством этанола, можно легко переделать под производство биобутанола. Для этого требуются лишь незначительные изменения в течении процессов ферментации и дистилляции.

3)Пары биобутанола синергичны по давлению парам бензина с примесями этанола, что значительно упрощает добавление этанола.

Производство

В процессе производства биобутанола можно использовать самые обычные сельскохозяйственные культуры, такие как сахарная свекла, сахарный тростник, кукуруза, пшеница, кассава и сорго. Все это будет поддерживать их высадку и распространение.

Планируется, что в будущем будут появляться и другие способы по получению биотоплива из лигноцеллюлозного сырья энергоемких зерновых культур, которые отличаются ускоренным процессом роста – различные травы, также в качестве сырья могут быть и отходы, к примеру стержни кукурузы.

Экологические Преимущества:

Сейчас 2 компании DuPont и BP ведут подробные расчеты по эмиссионным характеристикам для биобутанола в рамках двух программ GHG Well-to-Wheel и Life Cycle Analysis. По первым полученным данным можно сделать вывод, что в случае использования одного и того же сырья биобутанол снижает степень эмиссии, уже на том же уровне что и обычный этанол.

Более низкое давление по сравнению с парами бензина, которое показывают нам пары биобутанола, говорит о том, что высокий уровень эмиссии ЛОС не должен зависеть от давления паров.

Преимущества для сельского хозяйства:

Биобутанол выделяется абсолютно из тех же разновидностей сельскохозяйственного сырья, что и биоэтанол — кукуруза, пшеница и сахарная свекла и т.д.

Биобутанол становится отличным продуктом для всех фермеров мира, ведь именно он позволяет создавать новые решения на рынке среди привычных продуктов сельского хозяйства. Это в свою очередь приведет к увеличению прибыли самих фермеров.

Простота процессов добавления биотоплива к бензину, а именно самого биобутанола, может косвенно (пройдя через синергию этанола и биобутанола) создать расширение рынка биотоплива и прочих рынков, связанных с сельскохозяйственными продуктами. Все эти процессы положительно скажутся на мировом рынке и обеспечат его рост.

 

zaryad.com

Автомобильные бензины с биоэтанолом | Наука и жизнь

В очередной публикации конкурсных работ, отмеченных Благотворительным фондом В. Потанина (предыдущие см. «наука и жизнь» №№ 2, 3, 2008 г.), речь идёт об актуальной задаче сегодняшнего дня — повышении экологической безопасности автомобильного транспорта.

Биоэтанол получают из самого разного сырья — от зерна и картофеля до стеблей кукурузы и древесины.

Кроме дизельного топлива на «био-АЗС» автомобиль можно заправить смесью бензина с этанолом Е10 или альтернативным топливом Е85.

Топливным биоэтанолом Е85 заправляют уже и дорогие автомобили.

‹

›

БЕНЗИН И ЭТАНОЛ

Передовые технологии позволили создать альтернативные виды автомобильного топлива, которые возобновляемы, полностью сгорают и более надёжны, чем традиционный бензин. Это прежде всего биоэтанол — этиловый спирт (С₂Н₅ОН). Его получают путём брожения практически любого вещества, содержащего крахмал или сахар, — зерна, картофеля, сахарного тростника, топинамбура, других сельскохозяйственных растений, отходов производства пищевых продуктов и напитков. Исследования выявили возможность производить биоэтанол также из целлюлозы, которая содержится в древесине, в стеблях кукурузы, рисовой шелухе и просе. Производство биоэтанола способно в значительной степени стимулировать сельскохозяйственное производство, экономику и улучшить состояние окружающей среды.

Сегодня многие фермеры в западных странах инвестируют средства в строительство предприятий по производству этилового спирта, повышают цены на зерно, участвуют в распределении прибыли. Применение этанола весьма выгодно ещё в одном отношении: сжигание спирта позволяет получить на 34 процента больше электроэнергии, чем было затрачено на его изготовление. Из кубометра переработанного зерна получается 270—290 л чистого (абсолютизированного) этанола наряду с некоторыми ценными побочными продуктами.

В большинстве случаев применяют не чистый биоэтанол, а в смеси с бензином для повышения его октанового числа и снижения токсичности отработанных газов. Существуют два основных способа использования биоэтанола в качестве компонента автомобильного топлива.

1. В виде смеси 10 объёмных процентов этанола с 90 процентами неэтилированного бензина. В США она получила название «газохол» или неэтилированное топливо ЕЮ и широко применяется при эксплуатации автомобиля в течение всего гарантийного срока. Топливо ЕЮ можно использовать и в двигателях малого объёма: в газонокосилках, лодочных моторах, бензопилах, машинках для стрижки газонов и тому подобных устройствах. В результате применения ЕЮ снижается на 6 процентов потребление нефтепродуктов; на 1 — выброс парниковых газов; на 3 — использование ископаемого топлива.

Однако, хотя топливо Е10 и позволяет уменьшить выброс загрязняющих веществ в окружающую среду, как альтернативное топливо его не рассматривают.

2. В качестве основного компонента топлива — смеси 85 процентов этанола с 15 процентами неэтилированного бензина, которую в США выпускают под маркой E85.

Автомобильные компании быстро увеличивают количество транспортных средств, работающих на Е85 — flexible-fuel vehicles (FFV), то есть «автомобили с универсальным потреблением топлива» (АУПТ). Автоматизированные системы подачи топлива позволяют регулировать объёмы смешиваемых продуктов, так что можно сначала заправиться топливом ЕЮ, а в следующий раз без проблем использовать E85 или традиционный бензин. Топливо E85, а также высококонцентрированные смеси E95 (95 процентов этанола и 5 бензина) считаются альтернативными топливами. Этанол, добавленный в бензин, способствует его полному сгоранию.

В результате использования E85 и Е95 уменьшается потребление нефтепродуктов на 73—75 и 85—88 процентов соответственно, на 14—19 и 19—25 — выброс парниковых газов; на 34—35 и 42—44 процента — использование ископаемого топлива.

Первый бензин с примесью биоэтанола ЕЮ появился на рынке в 1970-х годах, а смесь E-85 — в середине 1990-х годов.

ВЫХЛОПНЫЕ ГАЗЫ АВТОМОБИЛЕЙ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА

Использование автомобильного топлива с полным сгоранием типа биоэтанола и его смесей — один из путей улучшения экологической обстановки: воздух больших городов загрязняют в основном транспортные выхлопы. В продуктах сгорания бензина содержится множество опасных и вредных для здоровья веществ.

Углеводороды (СН). Нефть и бензин — это смесь более 250 различных углеводородов. Многие из них токсичны, некоторые канцерогенны (вызывают раковые заболевания). Углеводороды попадают в атмосферу при переливе топлива из цистерн и ёмкостей, заправке топливных баков, при неполном сгорании топлива, смешиваясь с выхлопными газами. Транспортные средства выделяют до 50 процентов от общих выбросов углеводородов в атмосферу. А при сгорании биоэтанола (спирта) выброса углеводородов не происходит: C₂H₅OH + 3O₂ = 2C0₂ ↑+ 3H₂O. Углекислый газ CO₂ поглощается растениями. В отличие от сжигания ископаемого топлива, где расходуется накапливаемый в течение миллионов лет углерод, использование этанола замыкает углеродный цикл.

Озон (O₃, фотохимический смог) образуется в воздухе при взаимодействии углеводородов с оксидами азота на солнечном свету. В безветренную погоду жарким летом смог создаёт коричневатую дымку в нижних слоях атмосферы. Это опасно: высокий уровень околоземного озона вызывает у людей респираторную недостаточность, вреден для растительности, но не задерживает вредный солнечный ультрафиолет, поскольку его плотность всё-таки ниже, чем в озоновом слое Земли. Отмечена также связь озонового загрязнения с увеличением количества респираторных заболеваний. Но исследования, проведённые в США, показали, что сгорание смесей бензина с биоэтанолом и чистого бензина даёт примерно одинаковое количество озона. Это связано с высокой летучестью смеси, испаряющейся при более низких температурах.

Альдегиды (R-COH, где R или H, тогда это формальдегид, HCOH, наиболее ядовитое и опасное вещество, или C_nH_2n+1, где n = 1, 2, 3; более тяжёлые альдегиды в двигателе практически не образуются) — продукты сгорания этаноловых смесей, концентрация которых немного выше, чем при использовании чистого бензина, но всё равно невелика и, кроме того, уменьшается благодаря применению трёхканальных каталитических конвертеров, стоящих на современных автомобилях. Королевское общество Канады назвало вероятность их негативного воздействия на здоровье человека «отдалённой».

Монооксид углерода (СО, угарный газ) — ядовитый газ. Он образуется при неполном сгорании нефтяных топлив, не содержащих в молекулярной структуре кислород. Его выделяется особенно много, когда в двигатель подают избыточное количество топлива, чтобы, например, завести его на холоде. Поэтому автомобили, работающие при низких температурах (а также при торможении в пробках и дальнейшем движении транспортного потока в зимнее время года), выделяют значительные количества монооксида углерода. По оценке Министерства энергетики США, 82 процента угарного газа, 43 процента химически активных органических газов (предвестники образования озона) и 57 процентов оксидов азота в городах выделяются именно из транспортного топлива на нефтяной основе. При добавлении биоэтанола, содержащего кислород, топливо сгорает более полно и содержание СО уменьшается примерно на треть.

Диоксид углерода (СО₂) — углекислый газ, продукт сгорания любого топлива; он нетоксичен, но способствует возникновению парникового эффекта и глобальному потеплению. Применение биоэтанола не приводит к существенному повышению содержания углекислого газа в атмосфере.

Оксиды азота (NO_x) образуются при высоких температурах. Они оказывают влияние на образование околоземного озона (фотохимический смог). Добавка биоэтанола в бензин понижает температуру сгорания топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя, в результате чего сокращаются выбросы оксидов азота, а также некоторых нежелательных компонентов бензина. Ряд исследований показывают, что применение топливных смесей с этанолом может незначительно увеличить выбросы оксидов азота при эксплуатации автомобилей в экстремальных условиях.

ДРУГИЕ БИОДОБАВКИ К БЕНЗИНУ

Метанол, метиловый, или древесный, спирт (CH₃OH), вырабатывают из природного газа или угля. Это очень ядовитое и высококоррозийное вещество, более летучее, чем этанол; оно сильнее разрушает пластмассовые и резиновые детали системы подачи топлива.

Этил-трет-бутиловый (ЭТБЭ, (CH₃)₃COCH₃) и метил-трет-бутиловый (МТБЭ, (CH₃)₃COC₂H₅) эфиры — высокооктановые низколетучие компоненты кислородсодержащего топлива; их можно получить при взаимодействии соответственно этанола или метанола с изобутиленом CH₂:C(CH₃)₂. Разрешено добавлять в неэтилированный бензин: МТБЭ — в количестве, не превышающем 15 процентов, ЭТБЭ — до 17 процентов.

Многие автомобильные компании не распространяют гарантийные обязательства на автомобили при использовании топлив на основе метанола из-за вредного воздействия на материалы, но одобряют применение этанола. Одновременно во всём мире (в США с 2006 года) вводят ограничения на потребление MTБЭ по причине загрязнения им водных ресурсов при разливе и утечке. Попутно исследовали поведение в природе других видов добавок к бензину, включая этанол в высоких концентрациях. Так как этанол полностью растворяется в воде, его в больших количествах можно обнаружить в грунтовых водах, где он становится основным растворимым загрязнителем. Сорбция, испарение и абиотическое разложение его концентрацию снижают слабо. Поэтому поведение и передвижение этанола и остальных бензиновых оксигенатов в подземных водоносных слоях обусловлено прежде всего их биологическим разложением.

Чем сильнее разветвлена молекулярная цепь вещества, тем медленнее оно разлагается. Разветвлённые кислородсодержащие органические соединения, включая MTБЭ, долго хранятся и накапливаются в среде. А молекула этанола проста, микроорганизмы расщепляют её быстро. Участвующие в метаболизме этанола микробы распространены повсюду и активно потребляют этанол как в аэробных, так и в анаэробных условиях.

Топливный биоэтанол относительно дорог, но у него большое будущее, поскольку он экологически чист, а при государственной поддержке сможет конкурировать по стоимости с бензином. Автомобильное топливо с биоэтанолом всё увереннее занимает лидирующие позиции во всём мире.

Литература

Капустин В. М., Глаголева О. Ф. и др. Технология переработки нефти. ч. I.—М.: Колосс, 2005.

Sedlacek D. Ethanol, a Renewable Fuel // Renewable Fuels Association, 2002.

Wang M., Saricks C. and Santini D. Effects of Fuel Ethanol Use on Fuel-Cycle Energy and Greenhouse Gas Emissions // ANL/ESD-38. Center for Transportation Research, Energy Systems Division, Argonne National Laboratory, January 1999.

Ambient Ozone Exposure and Emergency Hospital Admissions for Respiratory Problems in 13 U.S. Cities // Harvard University, School of Public Health, for the American Lung Association, June 1996.

Low-Level Ethanol Fuel Blends// DOE/GO-102005-2028, April 2005.

Urbanchuk J. M. Relief: Impact of an Ethanol Mandate on Retail Level Gasoline Prices in Ontario. July 12, 2004.

A Comparison of California Reformulated Gasoline to Federal Reformulated Gasoline// Downstream Alternatives Inc., Informational Document № 970401, April 1997, 4 p.

www.nkj.ru

No related posts.