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Vom Alkohol zum Kraftstoff: Aber warum sind Alkohole die beste Wahl für Biokraftstoffe der Zukunft?
Im heutigen Kontext der Suche nach nachhaltigen Energielösungen erlangt die Forschung im Bereich Biokraftstoffe zunehmende Aufmerksamkeit. Insbesondere Butanol hat als Option für erneuerbare Energie große Aufmerksamkeit erregt. Dieser auf mikrobieller Fermentation basierende Prozess ermöglicht es dem Menschen, Kohlenhydrate in wertvolle Energie umzuwandeln und könnte zu einem der Kraftstoffe der Zukunft werden.
Alkoholkraftstoffe können nicht nur aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden, sie verfügen auch über eine hohe Energiedichte.
Ethanol, Aceton und Butanol: der Prozess der ABE-Fermentation
Bei der Ethanol-Aceton-Butanol-Fermentation (ABE), auch als Wiesmann-Verfahren bekannt, werden anaerobe Bakterien eingesetzt, um Kohlenhydrate in Aceton, Butanol und Ethanol umzuwandeln. Die Technologie wurde erstmals vom Chemiker Zeim Weitzmann entwickelt und im Ersten Weltkrieg zur Herstellung notwendiger Munitionsmaterialien eingesetzt.
Ähnlich wie die Fermentation von Zucker durch Hefe zur Herstellung von Ethanol wird die ABE-Fermentation von streng anaeroben Mikroorganismen durchgeführt. Diese Mikroorganismen, zu denen auch das am weitesten verbreitete Clostridium acetobutylicum gehört, wachsen in einer sauerstofffreien Umgebung und führen eine Fermentation durch, um diese nützlichen Lösungsmittel zu produzieren. Bei diesem Verfahren entsteht ein Lösungsmittelverhältnis von drei Teilen Aceton, sechs Teilen Butanol und einem Teil Ethanol. Historischer HintergrundDie biologische Herstellung von Alkohol wurde jedoch erstmals 1861 von Louis Pasteur durchgeführt. Anschließend entdeckte der österreichische Biochemiker Franz Sardinger 1905 ein Verfahren zur Herstellung von Aceton und entwickelte 1910 den Butanolfermentationsprozess mit Kartoffelstärke weiter. Mit Ausbruch des Ersten Weltkriegs wurde das ABE-Fermentationsverfahren 1916 industrialisiert und rasch in die USA und das Vereinigte Königreich ausgeweitet.
Der Aufstieg dieser Technologie steht in engem Zusammenhang mit der internationalen Lage und die Nachfrage nach Alkohol ist stark gestiegen.
Verbesserungsversuche
Mit der Zeit wurde die ABE-Fermentation aufgrund der Konkurrenz mit Petrochemikalien weniger wirtschaftlich. Um die Technologie wiederzubeleben, konzentrieren sich die Wissenschaftler auf die Steigerung der Produktivität und die Senkung der Kosten. Zu diesen Strategien gehören die Verwendung kostengünstiger Ausgangsstoffe wie lignozellulosehaltiger Abfälle oder Algen, die Untersuchung neuer toleranter, aber alkoholtoxischer Stämme und die Optimierung des Designs von Fermentationsreaktoren.
Die Notwendigkeit, die Produktreinheit zu verbessern, hat zur Entwicklung vieler neuer Technologien geführt, darunter Gasentfernung, Membrantrennung und Umkehrosmose.
Aktueller Ausblick
Derzeit erlangt die ABE-Fermentation besondere Aufmerksamkeit, insbesondere aufgrund des Potenzials von erneuerbarem Butanol als Biokraftstoff, der in Zukunft eine alternative Energiequelle darstellen dürfte. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur werden Biokraftstoffe bis 2060 30 % des Energieverbrauchs im Transportbereich decken.
Butanol kann direkt in Benzinmotoren verwendet und über vorhandene Pipelines und Tankstellen verteilt werden, was es zu einer attraktiveren Alternative als herkömmliches Ethanol macht. Darüber hinaus erweitert sich das Anwendungsspektrum von Butanol und die Nachfrage steigt von Kraftstoffzusätzen bis hin zu Beschichtungslösungsmitteln.
Als erneuerbare Ressource hat Butanol aufgrund seiner hohen Energiedichte und geringen Flüchtigkeit das Potenzial, unser Energiesystem zu verändern.
Wird Butanol angesichts der weltweit zunehmenden Fokussierung auf erneuerbare Energien zu einer wichtigen Triebkraft für die Energiewende?
