Developing technologies for sustainable and secure energy provision is arguably the most important objective for the entire scientific and engineering community. It is calculated that 2 litres of liquid fuels are used for each person on the planet every day. Sustainable liquid fuels derived from crops – biofuels – are increasingly important. Fuels such as petrol and diesel derived from crude oil are becoming scarcer without a decline in demand. Biofuels such as biodiesel and biopetrol (gasohol) are now commonplace in many countries. However producing fuels from food crops is not always a good idea.
Ethanol is a biofuel and has been known about since antiquity. It is produced by many fermentation processes. Ethanol in alcoholic drinks, such as beer and wine, is produced from the sugars in vegetable matter such as fruits. Ethanol can also be produced from other vegetable matter including some grasses and even corn husks. In Brazil, vehicles that use 100% ethanol (E100) can be used where the engines are specifically designed for this fuel. In many countries, including Brazil, low-ethanol mixtures, known as gasohol, from E5 to E25, have been available since the late 1970s. E25 is a mixture of 75% gasoline and 25% anhydrous ethanol. Anhydrous ethanol is ethanol without water being present.
Ethanol is not a particularly good fuel as it:
Butan-1-ol would be a much better gasoline additive as it has properties more aligned with gasoline. This is why butan-1-ol is a so-called advanced biofuel (see table below). It has characteristics very close to existing gasoline. Butan-1-ol can be produced from biomass (biobutanol) and from fossil fuels (petrobutanol). These processes are either energy demanding or rely on biological catalysts (enzymes) and produce low yields. The separation of the butan-1-ol from a mixture of products would also be energy demanding.
A recent (2013) breakthrough at the University of Bristol in the UK way of producing butan-1-ol from ethanol in yields >95% has been found. Two molecules of ethanol can be made to react so that they join with the elimination of a water (H2O) molecule. The key to the reaction was the design of a family of ruthenium compounds as catalysts.
Catalysis is the chemist’s foremost tool in transforming simple molecules into more complex and valuable chemical products. Catalysis with its ability to efficiently and selectively transform molecules is the applied technology at the heart of virtually all petrochemical processes. At Bristol we continue to study the mechanism of this remarkable reaction, as well as developing even more selective and versatile catalysts. The challenge is now to take a lab reaction and to be able to scale it up to an industrial plant’s output.
Ethanol is a biofuel and has been known about since antiquity. It is produced by many fermentation processes. Ethanol in alcoholic drinks, such as beer and wine, is produced from the sugars in vegetable matter such as fruits. Ethanol can also be produced from other vegetable matter including some grasses and even corn husks. In Brazil, vehicles that use 100% ethanol (E100) can be used where the engines are specifically designed for this fuel. In many countries, including Brazil, low-ethanol mixtures, known as gasohol, from E5 to E25, have been available since the late 1970s. E25 is a mixture of 75% gasoline and 25% anhydrous ethanol. Anhydrous ethanol is ethanol without water being present.
Ethanol is not a particularly good fuel as it:
- does not vaporise as easily as gasoline
- has only around 70% the energy density than gasoline
- has a tendency to attract water
- is acidic at the temperatures within the engine and can cause corrosion
- engines need to be adapted to run with larger proportions of it.
Butan-1-ol would be a much better gasoline additive as it has properties more aligned with gasoline. This is why butan-1-ol is a so-called advanced biofuel (see table below). It has characteristics very close to existing gasoline. Butan-1-ol can be produced from biomass (biobutanol) and from fossil fuels (petrobutanol). These processes are either energy demanding or rely on biological catalysts (enzymes) and produce low yields. The separation of the butan-1-ol from a mixture of products would also be energy demanding.
CH3CH2OH + HOCH2CH3 → CH3CH2CH2CH2OH + H2O
Catalysis is the chemist’s foremost tool in transforming simple molecules into more complex and valuable chemical products. Catalysis with its ability to efficiently and selectively transform molecules is the applied technology at the heart of virtually all petrochemical processes. At Bristol we continue to study the mechanism of this remarkable reaction, as well as developing even more selective and versatile catalysts. The challenge is now to take a lab reaction and to be able to scale it up to an industrial plant’s output.
1-BUTANOL: UM BIOCOMBUSTÍVEL AVANÇADO? Por Tim Harrison e Duncan Wass, Universidade de Bristol, Reino Unido
Traduzido por Natanael F. França Rocha, Florianópolis, Brasil
Desenvolver tecnologias para o fornecimento de energia sustentável e segura é sem dúvida o objetivo mais importante para toda a comunidade científica e de engenharia. Calcula-se que cada pessoa no planeta utiliza 2 litros de combustíveis líquidos por dia. Combustíveis líquidos sustentáveis derivados de plantas - os biocombustíveis - são cada vez mais importantes. Combustíveis como a gasolina e o diesel, derivados de petróleo cru, estão se tornando mais escassos sem diminuição da demanda. Biocombustíveis como o biodiesel e a ‘gasool’ (gasolina com álcool) são comuns em muitos países. No entanto, produzir combustíveis a partir de alimentos vegetais nem sempre é uma boa idéia.
O etanol é um biocombustível conhecido desde a antiguidade. É produzido através de vários processos de fermentação. O etanol das bebidas alcoólicas, tais como a cerveja e o vinho, é produzido a partir de açúcares da matéria vegetal, por exemplo, de frutas. O etanol pode ser produzido também a partir de outros vegetais, incluindo alguns tipos de capim e até de palha de milho (ou cascas de grãos). No Brasil, são usados veículos que utilizam 100% etanol (E100), equipados com motores especificamente concebidos para esse combustível. Em muitos países, incluindo o Brasil, misturas com baixo teor de etanol, conhecidas como ‘gasool’, de E5 a E25, estão disponíveis desde finais da década de 70 (1970). O E25 é uma mistura de 75% de gasolina e 25% de etanol anidro. O etanol anidro é o etanol sem a presença de água.
O etanol não é necessariamente um bom combustível, uma vez que:
O 1-butanol seria um aditivo de gasolina muito melhor, uma vez que tem propriedades mais alinhadas com as da gasolina. É por isso que o 1-butanol é considerado como um biocombustível avançado (veja Tabela abaixo). Tem características muito próximas às da gasolina. O 1-butanol pode ser produzido a partir de biomassa (biobutanol) e de combustíveis fósseis (petrobutanol). Esses processos, quando não são dependentes de energia, são dependentes de catalisadores biológicos (enzimas), além de serem de baixo rendimento. A separação do 1-butanol a partir de uma mistura de produtos também seria dependente de energia.
Recentemente (2013), na Universidade de Bristol, no Reino Unido, foi descoberta uma forma de produzir o 1-butanol a partir do etanol, com rendimento >95%. Duas moléculas de etanol reagem formando 1-butanol e eliminam uma molécula de água (H2O). A chave para a reação foi a criação de uma família de compostos de rutênio atuando como catalisadores.
A catálise é a ferramenta mais importante do químico na transformação de moléculas simples em produtos químicos mais complexos e valiosos. Com a sua capacidade de transformar moléculas de forma eficiente e seletiva, a catálise é a tecnologia aplicada no cerne de praticamente todos os processos petroquímicos. Na Universidade de Bristol, continuamos pesquisando o mecanismo desta extraordinária reação, bem como desenvolvendo catalisadores ainda mais seletivos e versáteis. O desafio agora é adaptar a reação observada no laboratório e conseguir ampliá-la até uma escala industrial.
O etanol é um biocombustível conhecido desde a antiguidade. É produzido através de vários processos de fermentação. O etanol das bebidas alcoólicas, tais como a cerveja e o vinho, é produzido a partir de açúcares da matéria vegetal, por exemplo, de frutas. O etanol pode ser produzido também a partir de outros vegetais, incluindo alguns tipos de capim e até de palha de milho (ou cascas de grãos). No Brasil, são usados veículos que utilizam 100% etanol (E100), equipados com motores especificamente concebidos para esse combustível. Em muitos países, incluindo o Brasil, misturas com baixo teor de etanol, conhecidas como ‘gasool’, de E5 a E25, estão disponíveis desde finais da década de 70 (1970). O E25 é uma mistura de 75% de gasolina e 25% de etanol anidro. O etanol anidro é o etanol sem a presença de água.
O etanol não é necessariamente um bom combustível, uma vez que:
- não se evapora tão facilmente quanto a gasolina
- tem apenas cerca de 70% da densidade de energia que tem a gasolina
- tem uma tendência a atrair água
- é ácido nas temperaturas dentro do motor e pode provocar corrosão
- os motores precisam ser adaptados para funcionarem com proporções maiores desse combustível.
O 1-butanol seria um aditivo de gasolina muito melhor, uma vez que tem propriedades mais alinhadas com as da gasolina. É por isso que o 1-butanol é considerado como um biocombustível avançado (veja Tabela abaixo). Tem características muito próximas às da gasolina. O 1-butanol pode ser produzido a partir de biomassa (biobutanol) e de combustíveis fósseis (petrobutanol). Esses processos, quando não são dependentes de energia, são dependentes de catalisadores biológicos (enzimas), além de serem de baixo rendimento. A separação do 1-butanol a partir de uma mistura de produtos também seria dependente de energia.
Recentemente (2013), na Universidade de Bristol, no Reino Unido, foi descoberta uma forma de produzir o 1-butanol a partir do etanol, com rendimento >95%. Duas moléculas de etanol reagem formando 1-butanol e eliminam uma molécula de água (H2O). A chave para a reação foi a criação de uma família de compostos de rutênio atuando como catalisadores.
CH3CH2OH + HOCH2CH3 → CH3CH2CH2CH2OH + H2O
A catálise é a ferramenta mais importante do químico na transformação de moléculas simples em produtos químicos mais complexos e valiosos. Com a sua capacidade de transformar moléculas de forma eficiente e seletiva, a catálise é a tecnologia aplicada no cerne de praticamente todos os processos petroquímicos. Na Universidade de Bristol, continuamos pesquisando o mecanismo desta extraordinária reação, bem como desenvolvendo catalisadores ainda mais seletivos e versáteis. O desafio agora é adaptar a reação observada no laboratório e conseguir ampliá-la até uma escala industrial.
EL 1-BUTANOL: ¿UN BIOCOMBUSTIBLE AVANZADO? Por Tim Harrison e Duncan Wass, Universidad de Bristol, Reino Unido
Traducción de Natanael F. França Rocha, Florianópolis, Brasil y revisión de Carlos Bravo Díaz, Universidad de Vigo, España
El desarrollo de tecnologías para el suministro de energía segura y sostenible es, sin duda, uno de los objetivos más importantes para toda la comunidad científica y de ingeniería. Se calcula que cada persona en el planeta utiliza diariamente 2 litros de combustibles líquidos. Los combustibles líquidos derivados de cultivos sostenibles – los biocombustibles - son cada vez más importantes. Los combustibles como la gasolina y el diesel, derivados del petróleo crudo, son cada vez más escasos y sin disminución de la demanda. Combustibles como el biodiesel y el gasohol (gasolina y alcohol) son ahora comunes en muchos países. Sin embargo, los combustibles producidos a partir de cultivos de alimentos no son siempre factibles.
El etanol es un biocombustible conocido desde la antigüedad. Es producido en muchos procesos de fermentación. El etanol de las bebidas alcohólicas, como la cerveza y el vino, es producido a partir de los azúcares de la materia vegetal, como las frutas. El etanol también puede ser producido a partir de otras materias vegetales como algunas hierbas e incluso de la cáscara de maíz. En Brasil, hay vehículos que utilizan 100% el etanol (E100), y sus motores son diseñados específicamente para este combustible. En muchos países, entre ellos Brasil, mezclas con un bajo tenor de etanol, conocidas como ‘gasohol’, desde E5 a E25, han estado disponibles desde finales de 1970. El E25 es una mezcla de 75% de gasolina y 25% de etanol anhidro. El etanol anhidro es el etanol sin la presencia de agua.
El etanol no es particularmente un buen combustible, ya que:
El butan-1-ol sería un aditivo de gasolina mucho mejor, ya que tiene propiedades más alineadas con las de la gasolina. Esta es la razón porque el butan-1-ol es llamado de biocombustible avanzado (ver tabla de abajo). Tiene características muy cercanas a las de la gasolina. El butan-1-ol puede ser producido a partir de biomasa (biobutanol) y de los combustibles fósiles (petrobutanol). Estos procesos se pueden producir térmicamente o mendiate catalizadores biológicos (enzimas), pero producen rendimientos bajos. La separación del butan-1-ol a partir de una mezcla de productos es muy costosa energéticamente.
Recientemente (2013), en la Universidad de Bristol, en el Reino Unido, se ha descubierto una forma de producir el butan-1-ol a partir del etanol, con rendimientos >95%. Dos moléculas de etanol se reaccionan formando el butan-1-ol, y eliminan una molécula de agua (H2O). La clave para la reacción fue la creación de una familia de compuestos de rutenio que actuan como catalizadores.
La catálisis es una de las herramientas más importante de los químicos en la transformación de moléculas simples en productos químicos más complejos y valiosos. Con su capacidad de transformar moléculas de manera eficiente y selectiva, la catálisis es la tecnología aplicada en prácticamente todos los procesos petroquímicos. En Bristol continuamos estudiando el mecanismo de esta notable reacción, así como desarrollando catalizadores más selectivos y versátiles. El desafío ahora es adaptar la reacción observada en el laboratorio y ampliarla hasta una escala de producción industrial.
El etanol es un biocombustible conocido desde la antigüedad. Es producido en muchos procesos de fermentación. El etanol de las bebidas alcohólicas, como la cerveza y el vino, es producido a partir de los azúcares de la materia vegetal, como las frutas. El etanol también puede ser producido a partir de otras materias vegetales como algunas hierbas e incluso de la cáscara de maíz. En Brasil, hay vehículos que utilizan 100% el etanol (E100), y sus motores son diseñados específicamente para este combustible. En muchos países, entre ellos Brasil, mezclas con un bajo tenor de etanol, conocidas como ‘gasohol’, desde E5 a E25, han estado disponibles desde finales de 1970. El E25 es una mezcla de 75% de gasolina y 25% de etanol anhidro. El etanol anhidro es el etanol sin la presencia de agua.
El etanol no es particularmente un buen combustible, ya que:
- no vaporiza tan fácilmente como la gasolina
- tiene sólo alrededor de 70% de la densidad de energía que la gasolina
- tiene una tendencia a absorver el agua
- es ácido a las temperaturas dentro del motor y puede causar su corrosión
- los motores necesitan ser adaptados para funcionar con proporciones mayores de estos combustibles.
El butan-1-ol sería un aditivo de gasolina mucho mejor, ya que tiene propiedades más alineadas con las de la gasolina. Esta es la razón porque el butan-1-ol es llamado de biocombustible avanzado (ver tabla de abajo). Tiene características muy cercanas a las de la gasolina. El butan-1-ol puede ser producido a partir de biomasa (biobutanol) y de los combustibles fósiles (petrobutanol). Estos procesos se pueden producir térmicamente o mendiate catalizadores biológicos (enzimas), pero producen rendimientos bajos. La separación del butan-1-ol a partir de una mezcla de productos es muy costosa energéticamente.
Recientemente (2013), en la Universidad de Bristol, en el Reino Unido, se ha descubierto una forma de producir el butan-1-ol a partir del etanol, con rendimientos >95%. Dos moléculas de etanol se reaccionan formando el butan-1-ol, y eliminan una molécula de agua (H2O). La clave para la reacción fue la creación de una familia de compuestos de rutenio que actuan como catalizadores.
CH3CH2OH + HOCH2CH3 → CH3CH2CH2CH2OH + H2O
La catálisis es una de las herramientas más importante de los químicos en la transformación de moléculas simples en productos químicos más complejos y valiosos. Con su capacidad de transformar moléculas de manera eficiente y selectiva, la catálisis es la tecnología aplicada en prácticamente todos los procesos petroquímicos. En Bristol continuamos estudiando el mecanismo de esta notable reacción, así como desarrollando catalizadores más selectivos y versátiles. El desafío ahora es adaptar la reacción observada en el laboratorio y ampliarla hasta una escala de producción industrial.
So this would reduce the hunger for Ethanol and thus reduce worldwide tensions about price of rice, corn and other agricultural products?
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