Исследователи из Великобритании создали технологию эффективной экстракции бутанола при производстве биотоплива. В её основе лежит композитная мембрана, не допускающая смешения раствора с микроорганизмами и экстрагента. Эффективность такой системы превосходит существующие технологии в 10 раз. Работа опубликована в журнале Energy & Environmental Science.
Получение биотоплива — технологически довольно непростая задача. На пути от биомассы до конечного продукта — например, спирта (бутанола или пентанола) — возникает очень много разнообразных препятствий. Сначала биомассу нужно подвергнуть гидролизу, затем ферментации микроорганизмами, и наконец — выделить из смеси биотопливо — спирты.
В таком процессе учёные и технологи сталкиваются с массой подводных камней. Продуктов ферментации — спиртов — не должно образовываться слишком много, иначе микроорганизмы попросту погибнут. С другой стороны, когда спирта образуется мало — повышаются энергозатраты на последующее его выделение — перегонку. Можно подойти к выделению топлива иначе — экстрагировать его каким-нибудь растворителем. Но и тут есть проблема — эффективно работающие экстрагенты тоже крайне губительны для микроорганизмов, а значит нужно научиться проводить экстракцию так, чтобы экстрагент вообще не проникал в среду с этими микроорганизмами.
На помощь может прийти изобретение учёных из Великобритании — мембрана, которая помещается между средой с микроорганизмами и экстрагентом. С её помощью можно экстрагировать бутанол, не допуская проникновения токсичного экстрагента к микроорганизмам. В качестве экстрагента учёные использовали 2-этил-1-гексанол — растворитель, хорошо экстрагирующий бутанол.
Исследователи провели серию экспериментов с мембранами из различных материалов и выяснили, что с поставленной задачей отлично справляется композитная мембрана со сшитым сульфированным поли(ариленэфирсульфоном). Она не допускает взаимопроникновения воды и 2-этил-1-гексанола при экстракции, что позволяет использовать этот высокоэффективный растворитель, никак не влияя на жизнедеятельность микроорганизмов. При этом, также, уменьшаются энергозатраты на выделение бутанола из экстрагента — 2-этил-1-гексанол обладает меньшей теплоемкостью, чем вода, а также не образует азеотропных смесей с бутанолом (смесей, которые нельзя разделить простой перегонкой).
По оценкам авторов, предложенная ими технология превосходит существующие по продуктивности на порядок, а по энергоёмкости — до четверти от энергозатрат текущих технологий. В перспективе разработка поможет удешевить производство биотоплива и снизить его рыночную стоимость.
Автор: Максим Мазурин
Редактор: Никита Шевцев