Průlomová technologie českých vědců zvýší výrazně účinnost stávajících biopaliv

Jimi navržený biomateriál na bázi grafenu navíc nahradí kyseliny, jež se doposud pro přeměnu glycerolu využívají. Na rozdíl od nich je ale netoxický a plně recyklovatelný. Objev, který vznikl ve spolupráci českých vědců s indickými kolegy, nedávno zveřejnil časopis Nature Communications.

Přestože výroba a použití biopaliv je v současnosti žhavým tématem a čelí i kritice, jejich spotřeba celosvětově dramaticky roste a i v příštích letech budou hrát významnou roli. Je proto potřeba proces jejich výroby optimalizovat.

Bionafta je ekologické palivo rostlinného původu, jehož přídavek do nafty výrazně snižuje emise toxických plynů v ovzduší. Při výrobě bionafty z rostlinných olejů ovšem vzniká jako odpadní produkt glycerol, známý také jako glycerin používaný například v nemrznoucích směsích do automobilů.

Související

Martin Pokorný

Čeští vědci přispěli s mini-družicí k…

Lukáš Bauer

Nový hybridní 2D materiál slibuje zlepšení…

„Naším cílem bylo nalézt cestu pro přeměnu glycerolu na chemickou formu, kterou bude možné znovu využít v oblasti biopaliv. Vyvinuli jsme uhlíkový materiál na bázi grafenu chemicky upravený pomocí přírodní aminokyseliny,“ objasnil Radek Zbořil, vědecký pracovník CATRIN-RCPTM Univerzity Palackého a vedoucí Materiálově-environmentální laboratoře CEET Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava.

Tento ekologický materiál dokáže s doposud nejvyšší účinností urychlit přeměnu glycerolu na sloučeninu s vysokou přidanou hodnotou. „Vzniklý alkohol, takzvaný solketal, po přidání do paliva značně vylepšuje jeho kvalitu a oktanové číslo, snižuje nežádoucí tvorbu mikročástic, ale i emise oxidu uhelnatého a jiných organických toxických látek. Navíc zvyšuje viskozitu a stabilitu biopaliva, což je významné pro dlouhodobé skladování bionafty,“ uvedl první autor publikace Aby Cheruvathoor Poulose z CATRIN.

Vývoji nových nanomateriálů odvozených od „nobelovského“ grafenu se olomoučtí vědci věnují dlouhodobě, například i v rámci prestižních projektů Evropské výzkumné rady (ERC). Tentokrát ke kýženému výsledku pomohlo ukotvení jednoduché aminokyseliny do struktury grafenu.

„Experimentální i výpočetní studie ukázaly, že právě tato aminokyselina výrazně zvýší schopnost grafenu navázat na svůj povrch reakční komponenty, v našem případě aceton a glycerol. Nový biomateriál je pro přeměnu glycerolu výrazně účinnější, než doposud průmyslově používané kyseliny, jako jsou kyselina sírová nebo chlorovodíková. Na rozdíl od nich je ale šetrný k životnímu prostředí. Dovoluje také kontrolované řízení chemické přeměny glycerolu výhradně směrem k výrobě užitečných přísad do biopaliv, bez jakýchkoliv dalších odpadů,“ doplnil Aristeidis Bakandritsos, který působí v CATRIN i ostravském centru CEET.

V roce 2021 přesáhl trh s biopalivy 110 miliard dolarů, přičemž do roku 2030 se očekává přibližně dvojnásobný nárůst. Bionaftu lze použít přímo jako ekologické palivo do vznětových motorů, ale z větší části se přidává do nafty vyrobené z ropy. Při výrobě bionafty se ročně vyprodukuje přibližně 40 miliard tun odpadního glycerolu, jehož další využití tak představuje obrovskou výzvu zejména s ohledem na principy cirkulární ekonomiky.Přes stále rostoucí spotřebu biopaliv zaznívají nejen v Evropské unii kritické hlasy upozorňující na plýtvání potravinovými zdroji a zátěž krajiny. V případě použití například řepkového oleje jako zdroje pro výrobu bionafty navíc dochází k emisím oxidu uhličitého v celém řetězci zpracování řepky olejné – od osevu až po zpracování. Celkové snížení uhlíkové stopy tak není zcela optimální, jak upozorňují i čeští vědci.

„Osobně jsem příznivcem vývoje uhlíkově zcela neutrálních a udržitelných paliv zejména na bázi vodíku získaného z obnovitelných zdrojů. Tomuto výzkumu se také intenzivně věnujeme. Nicméně výrobu biopaliv nelze přehlížet, naopak je žádoucí tento proces vylepšit. Námi vyvinutý materiál dokáže nejen zužitkovat odpadní glycerol z výroby bionafty, ale v pilotních experimentech se ukázal mimořádně účinný také při samotné výrobě biopaliva z rostlinných olejů včetně odpadních tuků. Chceme proto ve výzkumu pokračovat a zaměřit se na efektivnější přeměnu již použitých odpadních rostlinných olejů pro vývoj biopaliv druhé generace tak, aby celkový proces výroby bionafty byl energeticky i ekologicky udržitelný a nepoškozoval zemědělskou krajinu,“ uzavřel Zbořil.

Zdroj: Nature Communications, CATRIN, IT4Innovations