Biobutanol

Vorlage:Infobox Brennstoff

Als Biobutanol (C₄H₁₀O) werden Butanole bezeichnet, die aus Biomasse, wie z. B. Zucker, Stärke, Stroh oder Holz, gewonnen werden. Werden cellulosereiche Rohstoffe wie Stroh oder Holz verwendet, spricht man auch von Cellulose-Butanol.

Von besonderer Bedeutung sind dabei n-Butanol und Isobutanol (i-Butanol) als Biokraftstoffe.<ref name="Elfasakhany">Vorlage:Literatur</ref> Sie können als Beimischungen für den Ottokraftstoff zum Betrieb von Benzinmotoren genutzt werden. n-Butanol kann auch zu Diesel beigemischt werden und sogar als Reinstoff benutzt werden.<ref name="Ndaba">Vorlage:Literatur</ref>

Es sind verschiedene Verfahren zur biotechnologischen Produktion von n-Butanol und Isobutanol bekannt<ref name="Elfasakhany" />, allerdings ist die Produktion noch nicht wirtschaftlich genug für einen Durchbruch.<ref name="Trindade" />

Herstellung

n-Butanol

Biobasiertes n-Butanol kann durch Fermentation von pflanzlicher, meist zuvor aufbereiteter Biomasse produziert werden. Ausgangsstoffe sind dabei Kohlenhydrate, wie z. B. Saccharose oder Stärke. Am bekanntesten ist hierbei die Aceton-Butanol-Ethanol-Gärung, bei der das Bakterium Clostridium acetobutylicum eingesetzt wird. Derzeit befinden sich jedoch auch eine Reihe von anderen Mikroorganismen (z. B. gentechnisch modifizierte Hefen, Escherichia coli,…) in der Entwicklung, die n-Butanol einfacher und kostengünstiger produzieren können.<ref>Alexandra M. Goho: Vorlage:Webarchiv; MIT Technology Review (engl.); 16. Januar 2008.</ref><ref name="Li">Vorlage:Literatur</ref>

Der Unterschied zur Ethanolproduktion liegt primär in der Fermentation, während die Destillation sehr ähnlich verläuft. Existierende Bioethanol-Anlagen können relativ einfach auf die Produktion von n-Butanol umgerüstet werden.<ref name="Trindade" />

Isobutanol

Auch Isobutanol ist ein Nebenprodukt, z. B. im Stoffwechsel von Hefen, und wird dort in geringer Menge beim Abbau der Aminosäure Valin gebildet.<ref name="Peralta" /> Der Einbau dieses Stoffwechselweges in diverse andere Mikroorganismen um höhere Effizienz zu erzielen wurde erfolgreich erprobt.<ref name="Peralta" /> Im Labormaßstab konnte Isobutanol außerdem durch CO₂, welches elektrochemisch in Formiat umgewandelt wurde, in genetisch veränderten Bakterien hergestellt werden.<ref name="Peralta" />

Ebenso wie Bakterien können Hefen zur Biobutanol-Produktion eingesetzt werden.<ref>Vorlage:Literatur</ref>

Potential als Kraftstoff

Datei:2001 Buick Park Avenue.jpg

Buick Park Avenue – dieses Modell ist 2005 ohne Änderungen am Motor mit 100 % n-Butanol gefahren

Da Biobutanol aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt wird, ergeben sich ähnliche Vor- und Nachteile, wie bei allen anderen Biokraftstoffen. n-Butanol ist als Zusatz sowohl für Benzinmotoren als auch für Dieselmotoren denkbar.<ref name="Trindade" /> Für die Mischung mit Diesel wird angenommen, dass so Ruß- und Stickoxidemissionen reduziert werden können. Allerdings liegt die Cetanzahl unter der von Diesel und Biodiesel, wodurch die Selbstzündung erschwert ist.<ref name="Trindade" />

Im Jahr 2005 konnte gezeigt werden, dass n-Butanol auch als alleiniger Kraftstoff funktionieren kann, indem ein alter Buick mit reinem n-Butanol betrieben wurde.<ref name="Dürre">Vorlage:Literatur</ref> Im Vergleich zum Benzinbetrieb hätte ein mit n-Butanol betriebenes Auto allerdings einen höheren Verbrauch und weniger Leistung.<ref name="Trindade" />

Isobutanol kann außerdem auch zur Herstellung von Flugzeugkraftstoffen (Alcohol-to-Jet) benutzt werden. 2014 testete die United States Army erfolgreich den Einsatz eines Hubschraubers mit einem Treibstoffgemisch aus 50 % petrochemischem Kraftstoff und 50 % aus biobasiertem Isobutanol hergestelltem Kraftstoff.<ref name="Prak">Vorlage:Literatur"</ref>

Bei der Frage, ob n-Butanol<ref name="Trindade" /> oder Isobutanol<ref name="Peralta" /> aussichtsreicher als Zukunftstreibstoff ist, ist die Meinung geteilt. In jedem Fall besitzen beide Isomere gegenüber Bioethanol einige wesentliche Vorteile:

Die Butanole sind weniger flüchtig als Ethanol. Dadurch ist die Gefahr des Ausgasens verringert, was einen Sicherheitsvorteil darstellt.<ref name="Trindade" /><ref name="Köpke">Vorlage:Literatur</ref>
Die Energiedichte der Butanole ist höher als bei Ethanol. Somit ist der Kraftstoffverbrauch geringer und die Reichweite höher.<ref name="Trindade" /><ref name="Köpke" />
Die Butanole besitzen eine höhere Viskosität als Ethanol. Dadurch wird Abriebsproblemen im Motorraum vorgebeugt.<ref name="Trindade" /><ref name="Köpke" />
Es gibt bei den Butanolen weniger Zündprobleme beim Kaltstart als bei Ethanol, da die Verdampfungsenthalpie kleiner ist.<ref name="Trindade" /><ref name="Köpke" />
Die Butanole können in höherem Verhältnis mit Benzin gemischt werden, ohne dass der Motor angepasst werden muss.<ref name="Trindade" /><ref name="Köpke" />
Butanole können – anders als Ethanol – in bestehenden Pipelines transportiert werden.<ref name="Elfasakhany" />

Ein Nachteil gegenüber Ethanolzusatz im Benzinmotor ist, dass die Oktanzahl der Butanole – insbesondere bei n-Butanol<ref name="Köpke" /> – geringer ist.<ref name="Trindade" />

Literatur

Garabed Antranikian: Angewandte Mikrobiologie, 1. Auflage, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2006, ISBN 3-540-24083-7.
Georg Fuchs (Hrsg.): Allgemeine Mikrobiologie, begründet von Hans-Günter Schlegel, 8. Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York 2007, ISBN 978-3-13-444608-1.
Michael T. Madigan, John M. Martinko, Paul V. Dunlap, David P. Clark: Brock – Biology of Microorganisms, 12. Auflage. Pearson, San Francisco u. a. O. 2009, ISBN 0-321-53615-0.
Kevin Bullis: Billiges Butanol aus Biomasse; MIT Technology Review; 3. November 2008.

Weblinks

www.greencarcongress.com: Biobutanol

Einzelnachweise