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Wir bringen das Stroh in den Tank Biobutanol – der Treibstoff der Zukunft Biobutanol ist ein Biotreibstoff der 2. Generation. Diese Treibstoffe stehen nicht in Konkurrenz mit der Nahrungsmittelproduktion, sondern werden aus Bioabfällen oder Lignocellulose hergestellt. Von li.: Dipl.-Ing. Antonia Rom, Bernadette Dannerer, Prof. Anton Friedl Die Forschungen, die den Rahmen für dieses Projekt geboten haben, sollen einen wichtigen Beitrag dazu leisten, die aufgrund ihrer Konkurrenz zu Nahrungsmitteln heftig diskutierten Biotreibstoffe der 1. Generation abzulösen. Regional anfallende Biomasse soll den Rohstoff für den Biotreibstoff bieten und die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen vermindern. Die Verwendung vorhandener Biomasse, wie z. B. Molkeabfälle oder Weizenkleie, führt zu einer verbesserten ökologischen Bilanz im Gesamtprozess. Da somit keine eigenen Ackerflächen benötigt werden, bleibt die Biodiversität erhalten und es kommt zu keiner Konkurrenz mit der Produktion von Nahrungsmitteln und der Nutzung von Trinkwasser. Das Potenzial von Biobutanol wird als enorm groß eingeschätzt, wobei der Bedarf sich laut Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen nicht nur auf den Einsatz als Treibstoffersatz beschränkt. Der derzeitig bestehende kommerzielle Markt an Butanol wird auf über 5 Milliarden US-Dollar geschätzt. [1] Mit seinen Vorteilen gegenüber Ethanol könnte kommerziell hergestelltes Biobutanol den Markt der Biotreibstoffe erobern. Während Ethanol nur 60 % des Energieinhalts von Benzin hat, hat Butanol 90 %, seine Verwendung führt also zu einer erhöhten Kraftstoffeffizienz. Es ist zudem in höheren Konzentrationen mit Benzin, Diesel und Kerosin mischbar. Wissenschaftler/innen in den USA haben bereits Ottomotoren mit 100 % Butanol betreiben können. [1] Einen weiteren Vorteil bietet die Verwendbarkeit der bereits bestehenden Pipelines und Tanks. Aufgrund der hydrophoberen Eigenschaften von Butanol kommt es hier anders als bei Ethanol nicht zu Korrosion und zu keinen Problemen mit der Wasseraufnahme. Die fermentative Herstellung von Butanol ist ein bekannter Prozess und wurde von Louis Pasteur 1861 entdeckt. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts entwickelte sich die industrielle ABE-(Aceton-Butanol-Ethanol)-Fermentation. Mit dem Aufkommen der Erdölindustrie kam
die fermentative Produktion von Butanol zum Stillstand, da das Butanol auf Basis von fossilen Brennstoffen kostengünstiger hergestellt werden konnte. Die Ölkrise in den 70er Jahren gab den Forschern und Forscherinnen Anlass, die Diskussion um erneuerbare Energien zu starten. Damals wurde das Hauptaugenmerk auf die effizientere Ethanol- Fermentation gelegt. Seither suchen Wissenschaftler/innen nach Möglichkeiten, die Produktion unterschiedlichster Biotreibstoffe auf ein wettbewerbsfähiges Niveau zu bringen. Der wichtigste Schritt bei der Gewinnung von Butanol ist die ABE-Fermentation. Dabei wird aus Biomasse mit Hilfe von Clostridien (Mikroorganismen) eine wässrige Lösung gewonnen, in der Aceton, Ethanol und Butanol im Verhältnis 3:1:6 enthalten sind. Im nächsten Schritt muss das Butanol von den anderen Stoffen getrennt und aufkonzentriert werden. Eine Möglichkeit dafür ist die Destillation. Wegen der geringen Butanol-Konzentration, die man darüber gewinnt, wäre reine Destillation zu energieaufwendig. Die Membranabtrennung ist ein effizienter Zwischenschritt, um die ABE-Komponenten mit etwas Wasser aufzukonzentrieren und danach mittels Destillation zu trennen. Versuchsanordnung (siehe Abbildung 1) Roter Bereich Feedstrom Die Fermentationslösung wird im Kreis gepumpt. Grüner Bereich Membran Das Gemisch wird aufgrund unterschiedlicher Flüchtigkeiten aufgetrennt. Blauer Bereich Sweepgas Der Trägergasstrom transportiert Butanol ab. In unserer Versuchsreihe wurde der Einfluss des Sweepgasstromes auf die Selektivität sowie den transmembranen Fluss bei unterschiedlichen Feedkonzentrationen untersucht. Der transmembrane Fluss ist die Menge an Lösung, die durch die Membran fließt. Die Selektivität gibt die Fähigkeit der Membran an, zwischen den Komponenten einer Lösung zu unterscheiden. Aufgrund des Gewichtsverlusts sowie der Konzentrationsänderung im Feed können wir den transmembranen Fluss und die Selektivität berechnen. Die Erhöhung des Volumenstromes des Sweepgases führte zu gesteigerten Flüssen. Auf die Selektivität hatte dies keinen Einfluss. Diese blieb während der Versuche annähernd konstant (Abbildung 2). Abbildung 1: Versuchsanordnung der Membranabtrennung Abbildung 2: Selektivität α und transmembraner Fluss J über dem Sweepgasstrom aufgetragen
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