Přelomová technologie českých vědců umožňuje zužitkování odpadu z výroby bionafty a zlepšuje vlastnosti paliva

Vědci z Českého institutu výzkumu a pokročilých technologií (CATRIN) Univerzity Palackého v Olomouci spolu s výzkumnými centry CEET a IT4 Innovations Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava vyvinuli unikátní technologii, která umožňuje přeměnit odpad z výroby bionafty - glycerol - na užitečný produkt a zvýšit tak účinnost stávajících biopaliv. Tato technologie využívá biomateriál na bázi grafenu, který nahrazuje kyseliny používané k přeměně glycerolu. Na rozdíl od kyselin je tento biomateriál netoxický a plně recyklovatelný. Výsledky výzkumu, který byl proveden ve spolupráci českých a indických vědců, byly nedávno zveřejněny v časopise Nature Communications.

Výroba a použití biopaliv jsou aktuální tématem, které vyvolává kontroverze a kritiku. Navzdory tomu však globální poptávka po biopalivech dramaticky roste a v příštích letech se očekává jejich stále větší využití. Optimalizace výroby biopaliv je tedy nezbytná. Bionafta - ekologické palivo rostlinného původu - výrazně snižuje emise toxických plynů do ovzduší při směsi s naftou. Při výrobě bionafty z rostlinných olejů však vzniká odpadní produkt glycerol, známý také jako glycerin, který se používá například v nemrznoucích směsích do automobilů.

„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.

Olomoučtí vědci se již delší dobu věnují vývoji nových nanomateriálů odvozených od "nobelovského" grafenu, včetně projektů podporovaných Evropskou výzkumnou radou (ERC). Nedávno se jim podařilo dosáhnout nového výsledku díky 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 trh s biopalivy přesáhl hodnotu 110 miliard dolarů a očekává se, že do roku 2030 se tato hodnota přibližně zdvojnásobí. Bionafta může být použita jako ekologické palivo do vznětových motorů, ale většinou se přidává do nafty získané z ropy. Při výrobě bionafty se ročně vyprodukuje přibližně 40 miliard tun odpadního glycerolu, jehož další využití představuje velkou výzvu, zejména s ohledem na principy cirkulární ekonomiky. Přestože se spotřeba biopaliv stále zvyšuje, existují kritické hlasy, které varují před plýtváním potravinovými zdroji a zátěží krajiny, zejména v souvislosti s použitím řepkového oleje jako zdroje pro výrobu bionafty, což vede k emisím oxidu uhličitého v celém řetězci zpracování řepky olejné - od osevu po zpracování. Čeští vědci upozorňují, že celkové snížení uhlíkové stopy není zcela optimální.

„Osobně jsem příznivcem vývoje uhlíkově zcela neutrálních a udržitelných paliv zejména na bázi vodíku získaného z obnovitelných zdrojů. Tomuto výzkumu se také intenzivně věnujeme.3 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.