29.04.2020 - Oregon State University

Entscheidender Fortschritt bei der Produktion von wichtigem Biokraftstoff

MOF kann Biobutanol effizient aus der Fermentationsbrühe abtrennen

Eine internationale Forschungszusammenarbeit hat einen wichtigen Schritt in Richtung der kommerziell rentablen Herstellung von Biobutanol gemacht, einem Alkohol, dessen großes Potenzial als Kraftstoff für Benzinmotoren den Weg weg von fossilen Brennstoffen ebnen könnte.

Der wichtigste Durchbruch ist die Entwicklung eines neuen metallorganischen Gerüstes, oder MOF, das Biobutanol effizient aus der Brühe fermentierter Biomasse abtrennen kann, die für die Herstellung des Treibstoffs benötigt wird. Die Ergebnisse wurden im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.

Die Forscher sind nun auf der Suche nach einer Partnerschaft mit der Industrie, um zu versuchen, die Trennmethode unter Verwendung des neuen metallorganischen Gerüstes zu vergrössern, sagt der Korrespondent der Studie, Kyriakos Stylianou von der Oregon State University.

Wenn es gut skaliert, könnte es ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zur Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen sein.

"Biokraftstoffe sind eine nachhaltige und erneuerbare Kraftstoffalternative, und Biobutanol hat sich vor kurzem als eine attraktive Option im Vergleich zu Bioethanol und Biodiesel herausgestellt", sagte Stylianou, ein Chemieforscher am College of Science der OSU. "Aber die Trennung von der Fermentationsbrühe war ein bedeutendes Hindernis auf dem Weg zu einer wirtschaftlich wettbewerbsfähigen Herstellung.

Butanol, auch als Butylalkohol bekannt, ist enger mit Benzin verwandt als Ethanol und kann aus Erdöl synthetisiert oder aus Biomasse hergestellt werden. Bioethanol - Ethylalkohol - ist ein gebräuchlicher Biokraftstoffzusatz, enthält aber deutlich weniger Energie pro Gallone als Benzin und kann auch schädlich für Motorkomponenten sein.

Der Prozess der Herstellung von Biobutanol ist als ABE-Fermentation - Aceton-Butanol-Ethanol-Ethanol - bekannt. Dabei entsteht eine wässrige Brühe, die maximal etwa 2 Gewichtsprozent Butanol enthält. Daher ist ein Trennwerkzeug erforderlich, das sowohl in wässriger Umgebung als auch in Gegenwart organischer Lösungsmittel gut funktionieren kann, in diesem Fall Aceton, das ein wichtiger Bestandteil von Produkten wie Nagellackentferner und Farbverdünner ist.

Stylianou und Kollegen an Universitäten in der Schweiz, China, Großbritannien und Spanien synthetisierten ein neuartiges metallorganisches Gerüst, das auf Kupferionen und Carboran-Carboxylat-Liganden basiert und als mCB-MOF-1 bekannt ist. Das MOF kann Butanol aus der Fermentationsbrühe durch Adsorption mit größerer Effizienz als durch Destillation oder jede andere bestehende Methode gewinnen.

Das MOF ist stabil in organischen Lösungsmitteln, in heißem Wasser und sowohl in sauren als auch in basischen wässrigen Lösungen.

"Biokraftstoffe können die Energiesicherheit und -versorgung erhöhen und können auch ein großer Teil eines Energieplans sein, der tatsächlich Kohlenstoff einfängt und speichert, was für die Erreichung der Ziele zur Bekämpfung des Klimawandels enorm wichtig wäre", sagte Stylianou. "Biobutanol ist aus verschiedenen Gründen besser als Bioethanol, unter anderem weil es fast so energiedicht wie Benzin ist und sich gut mit Benzin mischen lässt. Und Biobutanol kann potenziell auch synthetisches Butanol als wesentlichen Vorläufer für eine Reihe von Industriechemikalien ersetzen", sagte Stylianou.

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