WPI kemiteknikprofessor Michael Timko med ett prov av isobutanol. Han hjälper till att utveckla en ny process som kan erbjuda ett mer ekonomiskt sätt att göra detta lovande biobränsle, som kan användas som bensintillsats eller ersättning. Kredit:Worcester Polytechnic Institute
Att ta ett steg närmare en "grön" ersättning för fossila bränslen, ett forskarlag som inkluderar en kemiingenjör vid Worcester Polytechnic Institute (WPI) har utvecklat en ny process med ett ovanligt lösningsmedel och en exotisk mikroorganism som kan göra det möjligt att tillverka isobutanol och andra biobränslen mer ekonomiskt.
Isobutanol, som etanol, är en alkohol, men dess lägre vattenlöslighet (vilket minskar risken för korrosion i samband med många biobränslen) och högre energitäthet (vilket översätts till ökade miles per gallon), har skapat stort intresse för föreningens potentiella användning som bensintillsats och till och med som bensinersättning. Men att tillverka isobutanol, som vanligtvis tillverkas med hjälp av bioteknik, har visat sig svårt och kostsamt.
"Med det växande hotet från klimatförändringar och vårt beroende av fossila bränslen och oljeproducerande länder, det finns ett ökande intresse för att använda isobutanol som bensintillsats istället för etanol, som avsevärt kan sänka ett fordons bränsleeffektivitet, sa Michael Timko, docent i kemiteknik vid WPI. "Men vi har inte hittat en miljövänlig, effektiv, eller ett billigt sätt att producera det."
I en tidning som nyligen publicerades i Naturkommunikation ("Engineered Microbial Biofuel Production and Recovery Under Supercritical Carbon Dioxide"), Timko och kollegor beskriver en ny metod för att producera och extrahera isobutanol som använder superkritisk koldioxid som lösningsmedel och en bakterie som kan frodas i denna hårda, antimikrobiell vätska. Teamet genetiskt modifierade bakterien, som isolerades från en naturligt förekommande reservoar av högtryckskoldioxid, genom att lägga till gener för produktion av isobutanol. De visade sedan hur superkritisk koldioxid kunde övervinna två viktiga problem som plågar konventionella biobränsleproduktionsmetoder:låg avkastning och bakteriell kontaminering.
Timko inspekterar en experimentell högtrycksapparat som användes för att mäta återvinningen av isobutanol till superkritisk koldioxid. Kredit:Worcester Polytechnic Institute
Timko, som fick National Science Foundation CAREER Award 2016 för sitt arbete med biobränslen, analyserade processen och visade att biobränslet kunde tillverkas med fem gånger mindre energi jämfört med traditionella tillverkningsprocesser, gör det billigare, effektivare och mer miljövänlig.
"Vi har gjort beräkningarna för att bevisa att den här processen fungerar och att den fungerar bra, ", sa han. "Vi hade en intuition att detta skulle fungera men frågan var om det skulle vara energieffektivt. Visar sig, det är. Forskningens konst har varit att skapa extraktionstekniken. Praktiskt taget alla sätt att separera blandningar hade tidigare prövats på isobutanol, men vi kom fram till rätt process."
