Budeme do aut tankovat ovoce?

Pozornost řady vědců je v současné době upřena k biopalivům. V současnosti využívané biopaliva, takzvané biopaliva první generace, mají řadu nevýhod a proto je snaha upřena k vývoji nových alternativních paliv. Jedním z potenciálních biopaliv druhé generace je 2,5 – dimethylfuran, který má o 40 % vyšší hustotu energie než ethanol, současná jednička mezi biopalivy.

Ve 21. čísle prestižního časopisu Nature publikovala skupina vědců Wisconsin-Madisonské univerzity článek o chemické reakci vedoucí od cukrů k biopalivu 2,5 – dimethylfuranu (DMF). Jako vstupní surovina k výroby biopaliva tedy mohou sloužit cukernaté plodiny obsahující fruktózu, především tedy ovoce. Chemická přeměna cukru na DMF je známá již delší dobu, ale dosavadní technologie byly náročné a nerentabilní. Profesoru Jamesi Dumesicovi a jeho výzkumnému týmu se podařilo náročnou technologii zjednodušit.

 „V současné době je ethanol jediným široce používaným alternativním palivem,“ říká profesor Dumesic. „Ale ethanol má řadu nevýhod. Má relativně nízkou energetickou hustotu, vysokou prchavost a proto může kontaminovat vodu absorpcí z atmosféry. Výroba ethanolu také vyžaduje energeticky náročnou destilaci nutnou k oddělení ethanolu od vody.“ 

Dimethylfuran má tedy nejen o 40 % vyšší energetickou hustotu, ale také není rozpustný ve vodě a nemůže jí tedy kontaminovat stejným způsobem jako ethanol. Dimethylfuran  je stabilní v průběhu skladování a separační proces v průběhu výroby vyžaduje jen třetinu energie v porovnání s destilací ethanolu.

Profesor Dumesic a jeho tým zavedli proces výroby, ve kterém hraje důležitou roli meziprodukt hydroxymethylfurfural (HMF). Metoda přípravy HMF a jeho přeměny na DMF vyžaduje zvláštní design reaktoru, který umožní zvládnout chemický děj a udržet požadovanou teplotu a tlak. Ovocný cukr fruktóza je pomocí kyselého katalyzátoru v nízkovroucím rozpouštědle chemicky převedena na HMF. Použité rozpouštědlo vyextrahuje HMF z vodného prostředí a umožní snadnou separaci tohoto důležitého meziproduktu.

Už dříve se řada výzkumníků pokoušela připravit DMF přes meziprodukt HMF, avšak výzkumný tým profesora Dumesica přišel s řadou inovací, která vedla k vyššímu výtěžku HMF a jeho jednodušší extrahovatelnosti. Příkladem inovačního kroku může být přídavek chloridu sodného (NaCl), který výrazně zlepšil extrahovatelnost HMF od reakční vodní fáze a zároveň potlačil tvorbu nežádoucích meziproduktů.

Přeměna HMF na DMF je pak provedena pomocí měděného katalyzátoru a spočívá v odebrání dvou atomů kyslíku z molekuly HMF. Tato modifikace sníží bod varu a tím se DMF na rozdíl od HMF stává použitelným jako palivo. Chlorid sodný použitý při výrobě HMF  představuje ovšem v této fázi technický problém, neboť znehodnocuje měděný katalyzátor. Proto v současné době tým profesora Dumesica pracuje na vývoji katalyzátoru na bázi mědi a ruthenia. Ten by měl být vůči působení chloridů rezistentní a zároveň by mohl mít vyšší účinnost.

Profesor Dumesic přiznává, že je potřeba vykonat ještě mnoho výzkumné práce než bude možno začít používat DMF jako palivo v praxi. Například doposud nejsou zcela objasněny vlivy použití DMF na životní prostředí, avšak doposud známé informace nasvědčují, že by dopad na životní prostředí mohl být podobný jiným palivům. „Ještě existuje řada problémů, které je potřeba řešit, ale dosavadní práce ukazují, že jsme schopni z biomasy připravit palivo o energetické hustotě srovnatelné s palivy připravenými z ropy,“ říká profesor Dumesic.

Zdroj: www.inovace.cz