Hoe vissen we dat butanol op?

In een vorige post kwam het al aan bod: butanol is in te hoge concentraties giftig voor de bacteriën die het maken. Je eindigt dus met een mengsel van afval, bacteriën en butanol. Hoe vis je dat butanol daar nu uit? Dat kan door het mengsel heel hard te koken, wat veel energie vraagt. Maar er wordt volop gezocht naar alternatieven.

Zo'n fermentatiemengsel is een troebel soepje. Welke methode ook gebruikt wordt, in een eerste stap worden de micro-organismen en alle andere resten afval die ronddrijven in het mengsel verwijderd. Dat kan door bijvoorbeeld een filter of centrifuge te gebruiken. In een centrifuge wordt het mengsel extreem snel rondgedraaid, waardoor de vaste stoffen naar de buitenkant geslingerd worden. Die kunnen dan daar opgevangen worden.

Het butanol zit nu in iets helderder en properder water. De volgende stap is echter het meest energie-intensief en ook de moeilijkste. Het waterig mengsel dat butanol bevat wordt aan de kook gebracht. Op die manier, verdampt het butanol uit het water. Die dampen worden vervolgens afgekoeld en opgevangen om tot zuiver butanol te komen. Zoiets heet een destillatieproces.

De volledige zuivering is in realiteit wel iets ingewikkelder. Er zit immers ook een kleine hoeveelheid zijproducten in het mengsel: aceton en ethanol. Aceton is een belangrijk oplosmiddel in de chemische industrie. Daarnaast kennen we ethanol als het alcohol in ons glas bier. Die twee producten zijn ook interessant om te recupereren.

Daarom gebeurt het koken in verschillende stappen: eerst wordt er in een groot vat stoom geïnjecteerd om het mengsel heel hard aan de kook te brengen. Vervolgens worden de dampen, die butanol, aceton, ethanol en heel veel water bevatten weer in verschillende stappen gekookt in een zogeheten destillatietoren. Aceton, dat het laagste kookpunt heeft, wordt in een eerste destillatietoren gezuiverd. Ethanol, dat een iets hoger kookpunt heeft, wordt in een tweede destillatietoren gezuiverd. Finaal wordt het butanol volledig opgezuiverd.

Vroeger kookten wij thuis op een elektrische kookplaat. Dat ging traag. Het duurde heel lang voor bijvoorbeeld het water voor de pasta, warm werd. Voor een heel groot deel komt dat om dat water koken heel wat energie kost. Dat zorgt ook voor problemen in de verschillende kookstappen tijdens het maken van butanol. Per kilogram butanol, is er ongeveer 20 kWh aan warmte nodig. Als je dat vergelijkt met de zuivering van bio-ethanol, bijvoorbeeld, is daar maar 2.7 kWh energie voor nodig per kilogram bio-ethanol.

Werk aan de winkel dus. Er zijn alternatieven die misschien minder energie verbruiken. Zo onderzocht ik tijdens mijn doctoraat het gebruik van materialen die zich gedragen als een spons. Ze zijn instaat om het butanol op te slorpen, rechtstreeks uit de vloeistof. Meer info vind je hier. Maar er wordt ook volop onderzoek gedaan naar technologie die gebruikt maakt van zeer fijne filters. Meer uitleg over dat soort scheidingen vind je hier.