Forskare har utvecklat en kostnadseffektiv metod för utvinning av biobränsle som kan göra dem till livskraftiga alternativ till fossila bränslen inom transporter.

Biobränslen, som är tillverkade av förnybart organiskt material, har stor potential som gröna alternativ till fossila bränslen inom flyg- och transportindustrin. Dock, även om de tidigare har kommersialiserats för transport och kraftproduktion, de används för närvarande inte i stor skala på grund av deras höga pris, vilket är nästan dubbelt så mycket som petroleumbränslen.

Biobränslen är dyrare än bensin och diesel eftersom traditionella omvandlingsprocesser som extraherar biobutanol av bränslekvalitet från fermentering av biomassa är energikrävande och lågavkastande.

Nu, Livingston Group vid Imperial College London har utvecklat en ny lösning på detta som kan revolutionera sättet att producera biobränslen, banar väg för deras utbredda användning inom transport och flyg.

I samarbete med bp har de utvecklat ett membranbaserat extraktionssystem som använder mindre än 25 procent av energin i nuvarande processer och producerar tio gånger mer biobränsle med över 99,5 procents renhet.

Resultaten publiceras i Energi- och miljövetenskap .

Huvudförfattaren professor Andrew Livingston vid Imperials avdelning för kemiteknik sa:"Eftersom de är dyra, biobränslen kombineras vanligtvis med bensin eller diesel för att få dem att "gå längre". Vår nya teknik kan hjälpa till att sänka kostnaderna för biobränslen så att de så småningom ersätter fossila bränslen inom transport och flyg – en mycket lyckligare situation för miljön och en situation som vi alla arbetar mot."

Ultratunna membran

Biobränslen kommer sannolikt att spela en central roll för att minska koldioxidutsläppen och mildra effekterna av klimatförändringar. De kan minska nettoutsläppen av koldioxid och partiklar med upp till 80 procent och är mer hållbara än biodiesel på grund av den typ av biomassa som används i deras produktion.

Biobränslen produceras genom att jäsa avfallsbiomassa och återvinna bränslet från den jästa lösningen med hjälp av ett extraktionsmedel. Dock, både biodrivmedel och extraktionsmedel är giftiga för de nödvändiga mikroorganismerna i lösningen, så kan hämma produktionen och öka energiförbrukningen.

I deras labb på Imperial, forskare undersökte prestandan hos flera tunnfilmskompositmembran och slog sig ner på ett som kan blockera transporten av extraktionsmedel och vatten, så att endast biobränslet kan färdas igenom. De fann att detta skyddade mikroorganismerna och möjliggjorde kontinuerlig produktion, vilket resulterar i en tiofaldig ökning av produktiviteten jämfört med konventionella tekniker.

De testade membranet med tre olika extraktionslösningsmedel för att ytterligare finjustera de bästa driftsförhållandena. De fann att 2-etyl-1-hexanolextraktanten uppvisade en fem gånger snabbare återvinningshastighet, vilket minskade processens energiförbrukning till mindre än en fjärdedel av konventionella återvinningssystem.

Medförfattare Dr Ji Hoon Kim, även av Institutionen för kemiteknik, sa, "Genom att kombinera vårt ultratunna membran med en mycket effektiv extraktionsvätska kan vi avsevärt minska kostnaderna för att producera biobränslen, vilket är ett viktigt steg för att få ner deras totala pris."

Hållbart alternativ

Förutom att vara renare för miljön, biobränslen kan övervinna problem med kapacitet och energilagring i samband med andra förnybara tekniker som batterier, som hittills har hindrat dem att framgångsrikt anpassas för användning inom luftfart och fjärrtransporter.

En annan fördel med låg etanolbiobränslen är att majoriteten av konventionella förbränningsmotorer redan är utrustade för att använda denna typ av bränsle. Dock, utmaningen kvarstår att göra dem ekonomiskt tilltalande för företag att ta till sig i stor skala.

Nästa steg

Livingston Group siktar nu på att slutföra en pilot- eller storskalig studie av sitt arbete för att ytterligare validera resultaten, och att förfina deras process ännu mer genom att göra membranmodulering och driva kontinuerlig återhämtning med immobiliserade mikroorganismer.