ब्यूटेनॉल ईंधन: Difference between revisions

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* सायनोबैक्टीरिया पौधों की तुलना में तेजी से बढ़ते हैं<ref name="Cyanobacteria Review">{{cite journal|vauthors=((Machado IMP)), Atsumi S |title=सायनोबैक्टीरियल जैव ईंधन उत्पादन|journal=Journal of Biotechnology|date=1 November 2012|volume=162|issue=1|pages=50–56 |pmid=22446641 |doi=10.1016/j.jbiotec.2012.03.005}}</ref> और पौधों की तुलना में सूर्य के प्रकाश को अधिक कुशलता से अवशोषित करते हैं।<ref name="The instigator">{{cite journal|vauthors=Varman AM, Xiao Y, Pakrasi HB, Tang YJ |title=Metabolic Engineering of Synechocystis sp. Strain PCC 6803 for Isobutanol Production |journal=Applied and Environmental Microbiology |date=26 November 2012 |volume=79 |issue=3 |pages=908–914 |doi=10.1128/AEM.02827-12 |pmid=23183979 |pmc=3568544}}</ref> इसका अर्थ यह है कि उन्हें अन्य जैव ईंधन बायोसिंथेसाइज़र के लिए उपयोग किए जाने वाले पौधे पदार्थ की तुलना में तीव्र दर से पुनःपूर्ति की जा सकती है।
* सायनोबैक्टीरिया पौधों की तुलना में तेजी से बढ़ते हैं<ref name="Cyanobacteria Review">{{cite journal|vauthors=((Machado IMP)), Atsumi S |title=सायनोबैक्टीरियल जैव ईंधन उत्पादन|journal=Journal of Biotechnology|date=1 November 2012|volume=162|issue=1|pages=50–56 |pmid=22446641 |doi=10.1016/j.jbiotec.2012.03.005}}</ref> और पौधों की तुलना में सूर्य के प्रकाश को अधिक कुशलता से अवशोषित करते हैं।<ref name="The instigator">{{cite journal|vauthors=Varman AM, Xiao Y, Pakrasi HB, Tang YJ |title=Metabolic Engineering of Synechocystis sp. Strain PCC 6803 for Isobutanol Production |journal=Applied and Environmental Microbiology |date=26 November 2012 |volume=79 |issue=3 |pages=908–914 |doi=10.1128/AEM.02827-12 |pmid=23183979 |pmc=3568544}}</ref> इसका अर्थ यह है कि उन्हें अन्य जैव ईंधन बायोसिंथेसाइज़र के लिए उपयोग किए जाने वाले पौधे पदार्थ की तुलना में तीव्र दर से पुनःपूर्ति की जा सकती है।
* सायनोबैक्टीरिया को गैर-कृषि योग्य भूमि (खेती के लिए उपयोग न की जाने वाली भूमि) पर उगाया जा सकता है।<ref name="Cyanobacteria Review" /> यह खाद्य स्रोतों और ईंधन स्रोतों के बीच प्रतिस्पर्धा को रोकता है।<ref name="Cyanobacteria Review" />
* सायनोबैक्टीरिया को गैर-कृषि योग्य भूमि (खेती के लिए उपयोग न की जाने वाली भूमि) पर उगाया जा सकता है।<ref name="Cyanobacteria Review" /> यह भोजन और ईंधन को रोकता है।<ref name="Cyanobacteria Review" />
*सायनोबैक्टीरिया की वृद्धि के लिए आवश्यक पूरक CO<sub>2</sub>, H<sub>2</sub>O और सूर्य का प्रकाश हैं।<ref name="The instigator" />इससे दो लाभ मिलते हैं:
*सायनोबैक्टीरिया की वृद्धि के लिए आवश्यक पूरक CO<sub>2</sub>, H<sub>2</sub>O और सूर्य का प्रकाश हैं।<ref name="The instigator" />इससे दो लाभ मिलते हैं:
** क्योंकि CO<sub>2</sub> वायुमंडल से प्राप्त होता है, सायनोबैक्टीरिया को आइसोब्यूटेनॉल को संश्लेषित करने के लिए पौधे के पदार्थ की आवश्यकता नहीं होती है (अन्य जीवों में जो आइसोब्यूटेनॉल को संश्लेषित करते हैं, पौधे का पदार्थ आइसोब्यूटेनॉल को कृत्रिम रूप से एकत्रित करने के लिए आवश्यक कार्बन का स्रोत है)।<ref name="The instigator" /> चूँकि आइसोब्यूटेनॉल उत्पादन की इस विधि द्वारा पादप पदार्थ का उपयोग नहीं किया जाता है, इसलिए खाद्य स्रोतों से पादप पदार्थ प्राप्त करने और खाद्य-ईंधन मूल्य संबंध बनाने की आवश्यकता से बचा जाता है।<ref name="Cyanobacteria Review" />
** क्योंकि CO<sub>2</sub> वायुमंडल से प्राप्त होता है, सायनोबैक्टीरिया को आइसोब्यूटेनॉल को संश्लेषित करने के लिए पौधे के पदार्थ की आवश्यकता नहीं होती है (अन्य जीवों में जो आइसोब्यूटेनॉल को संश्लेषित करते हैं, पौधे का पदार्थ आइसोब्यूटेनॉल को कृत्रिम रूप से एकत्रित करने के लिए आवश्यक कार्बन का स्रोत है)।<ref name="The instigator" /> चूँकि आइसोब्यूटेनॉल उत्पादन की इस विधि द्वारा पादप पदार्थ का उपयोग नहीं किया जाता है, इसलिए खाद्य स्रोतों से पादप पदार्थ प्राप्त करने और खाद्य-ईंधन मूल्य संबंध बनाने की आवश्यकता से बचा जाता है।<ref name="Cyanobacteria Review" />
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===रालस्टोनिया यूट्रोफा===
===रालस्टोनिया यूट्रोफा===
[[एक लालची हत्यारा|क्यूप्रियाविडस नेकेटर]] (=रालस्टोनिया यूट्रोफा) एक ग्राम-ऋणात्मक जीवाणु है | [[बेटाप्रोटोबैक्टीरिया]] वर्ग का ग्राम-ऋणात्मक मृदा जीवाणु है। यह अप्रत्यक्ष रूप से विद्युत ऊर्जा को आइसोबुटानोल में परिवर्तित करने में सक्षम है। यह रूपांतरण अनेक चरणों में पूरा होता है:<ref>{{Cite journal |last1=Li |first1=Han |last2=Opgenorth |first2=Paul H. |last3=Wernick |first3=David G. |last4=Rogers |first4=Steve |last5=Wu |first5=Tung-Yun |last6=Higashide |first6=Wendy |last7=Malati |first7=Peter |last8=Huo |first8=Yi-Xin |last9=Cho |first9=Kwang Myung |last10=Liao |first10=James C. |date=2012-03-30 |title=Integrated Electromicrobial Conversion of CO2 to Higher Alcohols |url=https://www.science.org/doi/10.1126/science.1217643 |journal=Science |language=en |volume=335 |issue=6076 |pages=1596 |doi=10.1126/science.1217643 |pmid=22461604 |bibcode=2012Sci...335.1596L |s2cid=24328552 |issn=0036-8075}}</ref>
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* [[एनोड]] को H<sub>2</sub>O और CO<sub>2</sub>. के मिश्रण में रखा जाता है।
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* एनोड के माध्यम से और इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रिया H<sub>2</sub>O और CO<sub>2</sub> के माध्यम से [[विद्युत]] धारा प्रवाहित की जाती है।[[ चींटी का तेजाब | फोर्मिक अम्ल]] को संश्लेषित करने के लिए संयुक्त किया जाता है।
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====ब्यूटेनॉल विशेषताएँ: वायु-ईंधन अनुपात, विशिष्ट ऊर्जा, श्यानता, विशिष्ट ऊष्मा====
====ब्यूटेनॉल विशेषताएँ: वायु-ईंधन अनुपात, विशिष्ट ऊर्जा, श्यानता, विशिष्ट ऊष्मा====
ब्यूटेनॉल और इथेनॉल सहित एल्कोहल ईंधन आंशिक रूप से ऑक्सीकृत होते हैं और इसलिए उन्हें गैसोलीन की तुलना में अधिक समृद्ध मिश्रण पर चलाने की आवश्यकता होती है। कारों में मानक गैसोलीन इंजन ईंधन में भिन्नता को समायोजित करने के लिए वायु-ईंधन अनुपात को समायोजित कर सकते हैं, किन्तु केवल मॉडल के आधार पर कुछ सीमाओं के भीतर समायोजित कर सकते है। यदि इंजन को शुद्ध इथेनॉल या इथेनॉल के उच्च प्रतिशत के साथ गैसोलीन मिश्रण पर चलाने से सीमा पार हो जाती है, तब इंजन धीमी गति से चलेगा। जो इंजन के भागो को गंभीर रूप से हानि पहुंचा सकता है। इथेनॉल की तुलना में ब्यूटेनॉल को रेट्रोफिट की आवश्यकता के बिना उपस्थिता कारों में उपयोग के लिए गैसोलीन के साथ उच्च अनुपात में मिलाया जा सकता है क्योंकि वायु-ईंधन अनुपात और ऊर्जा सामग्री गैसोलीन के पास है।<ref name="colostate"/><ref name="usatoday"/>
ब्यूटेनॉल और इथेनॉल सहित एल्कोहल ईंधन आंशिक रूप से ऑक्सीकृत होते हैं और इसलिए उन्हें गैसोलीन की तुलना में अधिक समृद्ध मिश्रण पर चलाने की आवश्यकता होती है। कारों में मानक गैसोलीन इंजन ईंधन में भिन्नता को समायोजित करने के लिए वायु-ईंधन अनुपात को समायोजित कर सकते हैं, किन्तु केवल मॉडल के आधार पर कुछ सीमाओं के अंदर समायोजित कर सकते है। यदि इंजन को शुद्ध इथेनॉल या इथेनॉल के उच्च प्रतिशत के साथ गैसोलीन मिश्रण पर चलाने से सीमा पार हो जाती है, तब इंजन धीमी गति से चलेगा। जो इंजन के भागो को गंभीर रूप से हानि पहुंचा सकता है। इथेनॉल की तुलना में ब्यूटेनॉल को रेट्रोफिट की आवश्यकता के बिना उपस्थिता कारों में उपयोग के लिए गैसोलीन के साथ उच्च अनुपात में मिलाया जा सकता है क्योंकि वायु-ईंधन अनुपात और ऊर्जा सामग्री गैसोलीन के पास है।<ref name="colostate"/><ref name="usatoday"/>


एल्कोहल ईंधन में गैसोलीन की तुलना में प्रति यूनिट वजन और यूनिट आयतन में कम ऊर्जा होती है। प्रति चक्र जारी शुद्ध ऊर्जा की तुलना करना संभव बनाने के लिए संभवतः ईंधन विशिष्ट ऊर्जा नामक माप का उपयोग किया जाता है। इसे प्रति वायु ईंधन अनुपात में जारी ऊर्जा के रूप में परिभाषित किया गया है। प्रति चक्र जारी शुद्ध ऊर्जा इथेनॉल या मेथनॉल की तुलना में ब्यूटेनॉल के लिए अधिक है और गैसोलीन की तुलना में लगभग 10% अधिक है।<ref>[http://www.oilgae.com/energy/sou/ae/re/be/alc/but/but.html Butanol Fuel – Biofuels, Bio-energy - Oilgae - Oil from Algae<!-- Bot generated title -->]</ref>
एल्कोहल ईंधन में गैसोलीन की तुलना में प्रति यूनिट वजन और यूनिट आयतन में कम ऊर्जा होती है। प्रति चक्र जारी शुद्ध ऊर्जा की तुलना करना संभव बनाने के लिए संभवतः ईंधन विशिष्ट ऊर्जा नामक माप का उपयोग किया जाता है। इसे प्रति वायु ईंधन अनुपात में जारी ऊर्जा के रूप में परिभाषित किया गया है। प्रति चक्र जारी शुद्ध ऊर्जा इथेनॉल या मेथनॉल की तुलना में ब्यूटेनॉल के लिए अधिक है और गैसोलीन की तुलना में लगभग 10% अधिक है।<ref>[http://www.oilgae.com/energy/sou/ae/re/be/alc/but/but.html Butanol Fuel – Biofuels, Bio-energy - Oilgae - Oil from Algae<!-- Bot generated title -->]</ref>

Revision as of 13:20, 10 August 2023

This article is about बायोमास से प्राप्त ब्यूटेनॉल का उपयोग प्लेटफार्म रसायन और ईंधन के रूप में किया जाता है. For अन्य अल्कोहल का उपयोग ईंधन के रूप में किया जाता है, see एल्कोहल ईंधन.

ब्यूटेनॉल इंजन का उपयोग आंतरिक दहन इंजन में ईंधन के रूप में किया जा सकता है। यह इथेनॉल की तुलना में गैसोलीन के अधिक समान है। सी4-हाइड्रोकार्बन, ब्यूटेनॉल जैव-व्युत्पन्न ईंधन है और इस प्रकार बिना किसी संशोधन के गैसोलीन के साथ उपयोग के लिए डिज़ाइन किए गए वाहनों में काम करता है।[1] आइसोबुटानोल n-ब्यूटेनॉल और आइसोब्यूटेनॉल दोनों का संभावित ईंधन के रूप में अध्ययन किया गया है। दोनों का उत्पादन बायोमास (बायोब्यूटेनॉल के रूप में)[2][3][4]) और साथ ही जीवाश्म ईंधन (पेट्रोब्यूटेनॉल के रूप में) से किया जा सकता है।)[5] रासायनिक गुण आइसोमर (n-ब्यूटेनॉल या आइसोब्यूटेनॉल) पर निर्भर करते हैं। इसकी उत्पादन विधि पर निर्भर नहीं करते है।

चूंकि अनेक स्थितियों में जटिल, ब्यूटेनॉल ईंधन संभवतः ही कभी आर्थिक रूप से प्रतिस्पर्धी होता है।

आनुवंशिक रूप से संशोधित जीव

ब्यूटेनॉल की उच्च उपज प्राप्त करने में मेटाबॉलिक इंजीनियरिंग और जेनेटिक इंजीनियरिंग का उपयोग करके मेटाबोलिक नेटवर्क में परिवर्तन सम्मिलित है।[6][7] जबकि यह महत्वपूर्ण प्रगति हुई है, ब्यूटेनॉल के उत्पादन के लिए किण्वन (जैव रसायन) मार्ग अप्रभावी बने हुए हैं। टिटर और उपज कम है और पृथक्करण बहुत मूल्यवान है। इस प्रकार ब्यूटेनॉल का माइक्रोबियल उत्पादन पेट्रोलियम-व्युत्पन्न ब्यूटेनॉल के सापेक्ष व्यय-प्रतिस्पर्धी नहीं है।[8]

चूंकि व्यावसायिक रूप से अप्रमाणित, इलेक्ट्रोकेमिकल और माइक्रोबियल उत्पादन विधियों का संयोजन स्थायी ऊर्जा से ब्यूटेनॉल का उत्पादन करने का उपाय प्रदान कर सकता है।[9]


इशरीकिया कोली

एस्चेरिचिया कोली या ई. कोली ग्राम ऋणात्मक , बेसिलस छड़ के आकार का जीवाणु है। ई. कोलाई वह सूक्ष्मजीव है, जिसके आइसोब्यूटेनॉल के व्यावसायिक उत्पादन की ओर बढ़ने की सबसे अधिक संभावना है।[10] अपने इंजीनियर्ड रूप में, ई. कोलाई किसी भी सूक्ष्मजीव की तुलना में आइसोब्यूटेनॉल की उच्चतम उपज उत्पन्न करता है। ई. कोली के चयापचय में सुधार के लिए मेटाबोलिक नेटवर्क मेटाबोलिक नेटवर्क सिमुलेशन जैसी विधियों का उपयोग किया गया है, जिससे बड़ी मात्रा में आइसोब्यूटेनॉल का उत्पादन किया जा सके।[11] ई. कोलाई अनेक कारणों से आदर्श आइसोब्यूटेनॉल जैव-संश्लेषक है:

  • ई. कोलाई ऐसा जीव है, जिसके लिए आनुवंशिक परिवर्तन के अनेक उपकरण उपस्थित हैं और यह ऐसा जीव है, जिसके लिए वैज्ञानिक साहित्य का व्यापक भंडार उपस्थित है।[10] ज्ञान का यह खजाना वैज्ञानिकों द्वारा ई. कोलाई को सरलता से संशोधित करने की अनुमति देता है।
  • ई. कोलाई में आइसोब्यूटेनॉल के संश्लेषण में लिग्नोसेल्यूलोज (कृषि से बचा हुआ अपशिष्ट पौधा पदार्थ) का उपयोग करने की क्षमता है। लिग्नो सेलूलोज़ का उपयोग ई. कोलाई को मानव उपभोग के लिए पादप पदार्थ का उपयोग करने से रोकता है और किसी भी खाद्य-ईंधन मूल्य संबंध को रोकता है। जो ई. कोलाई द्वारा आइसोब्यूटेनॉल के जैवसंश्लेषण से होता है।[10]
  • आनुवंशिक संशोधन का उपयोग लिग्नोसेल्यूलोज के क्षेत्र को व्यापक बनाने के लिए किया गया है। जिसका उपयोग ई. कोलाई द्वारा किया जा सकता है। इसने ई. कोली को उपयोगी और विविध आइसोब्यूटेनॉल जैव-संश्लेषक बना दिया है।[12]

ई. कोलाई का प्राथमिक दोष यह है कि बड़े होने पर यह अक्तेरिओफगेस के प्रति संवहदनशील होता है। यह संवहदनशीलता संभावित रूप से सम्पूर्ण बायोरिएक्टर को संवृत कर सकती है।[10] इसके अतिरिक्त, ई. कोली में आइसोब्यूटेनॉल के लिए मूल प्रतिक्रिया मार्ग कोशिका में आइसोब्यूटेनॉल की सीमित सांद्रता पर अच्छी प्रकार से कार्य करता है। उच्च सांद्रता में ई. कोलाई की संवहदनशीलता को कम करने के लिए, संश्लेषण में सम्मिलित एंजाइमो के उत्परिवर्तकों को यादृच्छिक उत्परिवर्तन द्वारा उत्पन्न किया जा सकता है। संयोग से कुछ उत्परिवर्ती आइसोब्यूटेनॉल के प्रति अधिक प्रभावी सिद्ध हो सकते हैं, जो संश्लेषण की समग्र उपज को बढ़ाएगा।[13]


क्लोस्ट्रिडिया

n-ब्यूटेनॉल का उत्पादन ए.बी.ई. द्वारा बायोमास के किण्वन (जैव रसायन) द्वारा किया जा सकता है। क्लोस्ट्रीडियम एसिटोब्यूटाइलिकम, क्लॉस्ट्रिडियम बेजरिनकी का उपयोग करके प्रक्रिया करें। सी. एसिटोब्यूटाइलिकम का उपयोग एक बार स्टार्च से एसीटोन के उत्पादन के लिए किया जाता था। ब्यूटेनॉल किण्वन का उप-उत्पाद था (ब्यूटेनॉल से दोगुना उत्पादन किया गया था)। बायोब्यूटेनॉल के लिए फीडस्टॉक इथेनॉल के लिए समान हैं: ऊर्जा फसले जैसे चुकंदर, गन्ना, मक्का अनाज, गेहूं और कसावा, संभावित गैर-खाद्य ऊर्जा फसलें जैसे स्विचग्रास और यहां तक ​​कि उत्तरी अमेरिका में पार्थेनियम सिल्वर साथ ही कृषि उपोत्पाद जैसे खोई, पुआल और मक्के के डंठल (वनस्पति विज्ञान) आदि इनमे सम्मिलित है।[14] ड्यूपॉन्ट के अनुसार उपस्थित बायोएथेनॉल संयंत्रों को व्यय प्रभावी प्रकार से बायोब्यूटेनॉल उत्पादन के लिए फिर से तैयार किया जा सकता है।[15] इसके अतिरिक्त बायोमास और कृषि उपोत्पादों से ब्यूटेनॉल का उत्पादन इथेनॉल या मेथनॉल उत्पादन की तुलना में अधिक कुशल हो सकता है (अर्थात प्रति यूनिट सौर ऊर्जा व्यय के लिए यूनिट इंजन मोटिव पावर)।[16]

क्लोस्ट्रीडियम का प्रकार ऑक्सीजन की उपस्थिति में भी लगभग किसी भी प्रकार के सेल्यूलोज को ब्यूटेनॉल में परिवर्तित कर सकता है।[17]

क्लोस्ट्रीडियम सेलुलोलिटिकम का स्ट्रेन, प्राचीन सेल्युलोज-डिग्रेडिंग सूक्ष्म जीव, सेल्युलोज से सीधे आइसोब्यूटेनॉल प्रदान करता है।[18]

क्लोस्ट्रीडियम क्लुयवहरी में उपस्थित चयापचय मार्गों का उपयोग करके ब्यूटायरेट (ब्यूटेनॉल ईंधन का अग्रदूत) का उत्पादन करने के लिए सक्सिनेट और इथेनॉल के संयोजन को किण्वित किया जा सकता है। सक्सिनेट टीसीए चक्र का मध्यवर्ती है, जो ग्लूकोज का चयापचय करता है। क्लोस्ट्रीडियम एसिटोब्यूटाइलिकम और क्लोस्ट्रीडियम सैकरोब्यूटाइलिकम जैसे अवायवीय जीव बैक्टीरिया में भी यह मार्ग होते हैं। सक्सिनेट को पहले सक्रिय किया जाता है और फिर 4-हाइड्रॉक्सीब्यूटाइरेट देने के लिए दो-चरणीय प्रतिक्रिया द्वारा कम किया जाता है, जिसे पश्चात् में क्रोटोनील-सीओए चयापचय किया गया| क्रोटोनील-कोएंजाइम ए (सीओए) में चयापचय किया जाता है। फिर क्रोटोनील-सीओए को ब्यूटायरेट में बदल दिया जाता है। क्लोस्ट्रीडियम से इन ब्यूटेनॉल उत्पादन मार्गों से संबंधित जीन को ई. कोली में क्लोन किया गया था।[19]


साइनोबैक्टीरीया

सायनोबैक्टीरिया प्रकाश संश्लेषक जीवाणुओं का समूह है।[20] जब आनुवंशिक रूप से आइसोब्यूटेनॉल और इसके अनुरूप एल्डीहाइड का उत्पादन करने के लिए इंजीनियर किया जाता है। तब वह आइसोब्यूटेनॉल जैवसंश्लेषण के लिए उपयुक्त होते हैं।[21] सायनोबैक्टीरिया की आइसोब्यूटेनॉल उत्पादक प्रजातियां जैव ईंधन सिंथेसाइज़र के रूप में अनेक लाभ प्रदान करती हैं:

  • सायनोबैक्टीरिया पौधों की तुलना में तेजी से बढ़ते हैं[22] और पौधों की तुलना में सूर्य के प्रकाश को अधिक कुशलता से अवशोषित करते हैं।[23] इसका अर्थ यह है कि उन्हें अन्य जैव ईंधन बायोसिंथेसाइज़र के लिए उपयोग किए जाने वाले पौधे पदार्थ की तुलना में तीव्र दर से पुनःपूर्ति की जा सकती है।
  • सायनोबैक्टीरिया को गैर-कृषि योग्य भूमि (खेती के लिए उपयोग न की जाने वाली भूमि) पर उगाया जा सकता है।[22] यह भोजन और ईंधन को रोकता है।[22]
  • सायनोबैक्टीरिया की वृद्धि के लिए आवश्यक पूरक CO2, H2O और सूर्य का प्रकाश हैं।[23]इससे दो लाभ मिलते हैं:
    • क्योंकि CO2 वायुमंडल से प्राप्त होता है, सायनोबैक्टीरिया को आइसोब्यूटेनॉल को संश्लेषित करने के लिए पौधे के पदार्थ की आवश्यकता नहीं होती है (अन्य जीवों में जो आइसोब्यूटेनॉल को संश्लेषित करते हैं, पौधे का पदार्थ आइसोब्यूटेनॉल को कृत्रिम रूप से एकत्रित करने के लिए आवश्यक कार्बन का स्रोत है)।[23] चूँकि आइसोब्यूटेनॉल उत्पादन की इस विधि द्वारा पादप पदार्थ का उपयोग नहीं किया जाता है, इसलिए खाद्य स्रोतों से पादप पदार्थ प्राप्त करने और खाद्य-ईंधन मूल्य संबंध बनाने की आवश्यकता से बचा जाता है।[22]
    • क्योंकि CO2 साइनोबैक्टीरिया द्वारा वायुमंडल से अवशोषित किया जाता है। जैविक उपचार की संभावना (साइनोबैक्टीरिया के रूप में अतिरिक्त CO2 को हटाकर वायुमंडल से) उपस्थित है।[23]

सायनोबैक्टीरिया की प्राथमिक कमियाँ हैं:

  • वह बड़े होने पर पर्यावरणीय परिस्थितियों के प्रति संवेदनशील होते हैं। साइनोबैक्टीरिया अनुचित तरंग दैर्ध्य और तीव्रता के सूर्य के प्रकाश, अनुचित एकाग्रता के CO2 या अनुचित लवणता के H2O से बहुत पीड़ित होते हैं, चूकी साइनोबैक्टीरिया की बहुतायत खारे और समुद्री जलमें बढ़ने में सक्षम है। इन कारकों को सामान्यतः नियंत्रित करना जटिल होता है और आइसोबुटानोल के साइनोबैक्टीरियल उत्पादन में बड़ी बाधा उत्पन्न करते हैं।[24]
  • सायनोबैक्टीरिया बायोरिएक्टर को संचालित करने के लिए उच्च ऊर्जा की आवश्यकता होती है। कल्चर को निरंतर मिश्रण की आवश्यकता होती है और जैव संश्लेषक उत्पादों की कटाई गहन ऊर्जा है। इससे सायनोबैक्टीरिया के माध्यम से आइसोब्यूटेनॉल उत्पादन की दक्षता कम हो जाती है।[24]

साइनोबैक्टीरिया को उनके ब्यूटेनॉल उत्पादन को बढ़ाने के लिए फिर से इंजीनियर किया जा सकता है, जो पाथवे इंजीनियरिंग में डिजाइन सिद्धांत के रूप में एटीपी और कॉफ़ेक्टर ड्राइविंग बलों के महत्व को दर्शाता है। अनेक जीवों में एसिटाइल कोआ पर निर्भर मार्ग का उपयोग करके ब्यूटेनॉल का उत्पादन करने की क्षमता होती है। इस मार्ग के साथ मुख्य समस्या पहली प्रतिक्रिया है, जिसमें दो एसिटाइल-सीओए अणुओं का एसिटोएसिटाइल-सीओए में संघनन सम्मिलित है। यह प्रतिक्रिया इससे जुड़ी धनात्मक गिब्स मुक्त ऊर्जा (डीजी = 6.8 किलो कैलोरी/मोल) के कारण थर्मोडायनामिक रूप से प्रतिकूल है।[25][26]


बेसिलस सुबटिलिस

बैसिलस सबटिलिस एक ग्राम पॉजिटिव रॉड के आकार का बैक्टीरिया है। बैसिलस सबटिलिस ई. कोलाई के समान अनेक लाभ और हानि प्रदान करता है, किन्तु इसका कम उपयोग किया जाता है और यह ई. कोली जितनी बड़ी मात्रा में आइसोब्यूटेनॉल का उत्पादन नहीं करता है।[10] ई. कोली के समान, बी. सबटिलिस लिग्नोसेल्युलोज से आइसोब्यूटेनॉल का उत्पादन करने में सक्षम है और सामान्य आनुवंशिक विधियों द्वारा सरलता से इसमें परिवर्तन किया जा सकता है।[10] प्राथमिक मोड विश्लेषण का उपयोग बी. सबटिलिस द्वारा उपयोग किए जाने वाले आइसोब्यूटेनॉल-संश्लेषण चयापचय मार्ग को उत्तम बनाने के लिए भी किया गया है, जिससे आइसोब्यूटेनॉल की उच्च उपज उत्पन्न होती है।[27]


सैकरोमाइसीज सेरीवीसी

सैक्रोमाइसेस सेरेविसिया या एस. सेरेविसिया, खमीर की प्रजाति है। यह स्वाभाविक रूप से अपने वैलीन बायोसिंथेटिक मार्ग के माध्यम से कम मात्रा में आइसोब्यूटेनॉल का उत्पादन करता है।[28] एस. सेरेविसिया अनेक कारणों से आइसोब्यूटेनॉल जैव ईंधन उत्पादन के लिए आदर्श जीव है:

  • एस. सेरेविसिया को कम पीएच पर उगाया जा सकता है, जिससे औद्योगिक बायोरिएक्टरों में वृद्धि के समय संदूषण को रोकने में सहायता मिलती है।[10]
  • एस. सेरेविसिया बैक्टीरियोफेज से प्रभावित नहीं हो सकता क्योंकि यह यूकेरियोट है।[10]
  • एस. सेरेविसिया और इसके जीव विज्ञान के विषय में व्यापक वैज्ञानिक ज्ञान पहले से ही उपस्थित है।[10]

एस. सेरेविसिया के वहलिन बायोसिंथेटिक मार्ग में एंजाइमों की अधिक अभिव्यक्ति का उपयोग आइसोब्यूटेनॉल उपज में संस्तुति के लिए किया गया है।[28][29][30] चूंकि एस. सेरेविसिया में अंतर्निहित जीव विज्ञान के कारण इसके साथ काम करना जटिल सिद्ध हुआ है:

  • यूकेरियोट के रूप में एस. सेरेविसिया आनुवंशिक रूप से ई. कोली या बी. सबटिलिस की तुलना में अधिक जटिल है और परिणामस्वरूप आनुवंशिक रूप से परिवर्तन करना जटिल होता है।[10]
  • एस. सेरेविसिया में इथेनॉल किण्वन होता है। यह प्राकृतिक क्षमता प्रबल हो सकती है और परिणामस्वरूप एस. सेरेविसिया द्वारा आइसोब्यूटेनॉल उत्पादन को रोक सकती है।[10]
  • एस. सेरेविसिया आइसोब्यूटेनॉल का उत्पादन करने के लिए पांच-कार्बन शर्करा का उपयोग नहीं कर सकता है। पांच-कार्बन शर्करा का उपयोग करने में असमर्थता एस. सेरेविसिया को लिग्नोसेल्यूलोज का उपयोग करने से रोकती है और इसका अर्थ है कि एस. सेरेविसिया को आइसोबुटानोल का उत्पादन करने के लिए मानव उपभोग के लिए इच्छित पौधे पदार्थ का उपयोग करना चाहिए। जब एस. सेरेविसिया द्वारा आइसोब्यूटेनॉल का उत्पादन किया जाता है। तब इसके परिणामस्वरूप प्रतिकूल खाद्य या ईंधन मूल्य संबंध उत्पन्न होता है।[10]


रालस्टोनिया यूट्रोफा

क्यूप्रियाविडस नेकेटर (=रालस्टोनिया यूट्रोफा) ग्राम-ऋणात्मक जीवाणु है | बेटाप्रोटोबैक्टीरिया वर्ग का ग्राम-ऋणात्मक मृदा जीवाणु है। यह अप्रत्यक्ष रूप से विद्युत ऊर्जा को आइसोबुटानोल में परिवर्तित करने में सक्षम है। यह रूपांतरण अनेक चरणों में पूरा होता है:[31]

  • एनोड को H2O और CO2. के मिश्रण में रखा जाता है।
  • एनोड के माध्यम से और इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रिया H2O और CO2 के माध्यम से विद्युत धारा प्रवाहित की जाती है। फोर्मिक अम्ल को संश्लेषित करने के लिए संयुक्त किया जाता है।
  • सी. नेकेटर (विद्युत के प्रति सहनशील तनाव से बना) का जीवाणु कल्चर H2O और CO2 मिश्रण के अंदर रखा जाता है।
  • सी. नेकेटर का कल्चर फिर मिश्रण से फॉर्मिक एसिड को आइसोब्यूटेनॉल में परिवर्तित करता है।
  • जैवसंश्लेषित आइसोब्यूटेनॉल को फिर मिश्रण से विभाजित किया जाता है, और इसे जैव ईंधन के रूप में प्रयोग किया जा सकता है।

फीडस्टॉक्स

कच्चे माल की उच्च व्यय को ब्यूटेनॉल के व्यावसायिक उत्पादन में मुख्य बाधाओं में से प्रमुख माना जाता है। सस्ते और प्रचुर मात्रा में फीडस्टॉक का उपयोग जैसे मअनेक स्टोवर, प्रक्रिया की आर्थिक व्यवहार्यता को बढ़ा सकता है।

मेटाबोलिक इंजीनियरिंग का उपयोग किसी जीव को ग्लूकोज के अतिरिक्त ग्लिसरॉल जैसे सस्ते सब्सट्रेट का उपयोग करने की अनुमति देने के लिए किया जा सकता है क्योंकि किण्वन (जैव रसायन) प्रक्रियाओं के लिए खाद्य पदार्थों से प्राप्त ग्लूकोज की आवश्यकता होती है, ब्यूटेनॉल उत्पादन खाद्य आपूर्ति पर ऋणात्मक प्रभाव डाल सकता है (भोजन और ईंधन देखें)। ब्यूटेनॉल उत्पादन के लिए ग्लिसरॉल अच्छा वैकल्पिक स्रोत है। जबकि ग्लूकोज स्रोत मूल्यवान और सीमित हैं, ग्लिसरॉल प्रचुर मात्रा में है और इसकी बाजार मूल्य कम है क्योंकि यह बायोडीजल उत्पादन का अपशिष्ट उत्पाद है। ग्लिसरॉल से ब्यूटेनॉल का उत्पादन चयापचय मार्गों का उपयोग करके आर्थिक रूप से व्यवहार्य है। जो जीवाणु क्लॉस्ट्रिडियम पेस्ट्यूरियनम में उपस्थित है।

दक्षता में सुधार

क्लाउड पॉइंट पृथक्करण नामक प्रक्रिया उच्च दक्षता के साथ ब्यूटेनॉल की पुनर्प्राप्ति की अनुमति दे सकती है।[32]


निर्माता और वितरण

ड्यूपॉन्ट और बीपी ने अगली पीढ़ी के जैव ईंधन के विकास, उत्पादन और विपणन के अपने संयुक्त प्रयास का पहला उत्पाद बायोब्यूटेनॉल बनाने की योजना बनाई है।[33] यूरोप में स्विस कंपनी बुटाल्को[34] सेल्युलोसिक सामग्रियों से बायोब्यूटेनॉल के उत्पादन के लिए आनुवंशिक रूप से संशोधित खमीर विकसित कर रहा है। संयुक्त राज्य अमेरिका स्थित कंपनी गॉरमेट बुटानोल ऐसी प्रक्रिया विकसित कर रही है। जो जैविक कचरे को बायोबुटानोल में परिवर्तित करने के लिए कवक का उपयोग करती है।[35][36] सेल्टिक रिन्यूएबल्स व्हिस्की और निम्न-श्रेणी के आलू के उत्पादन से निकलने वाले कचरे से बायोब्यूटेनॉल बनाता है।

सामान्य ईंधन के गुण

आइसोबुटानोल

आइसोब्यूटेनॉल दूसरी पीढ़ी का जैव ईंधन है। अनेक गुणों वाला दूसरी पीढ़ी का जैव ईंधन है। जो इथेनॉल द्वारा प्रस्तुत समस्याओं का समाधान करता है।[10]

आइसोब्यूटेनॉल के गुण इसे आकर्षक जैव ईंधन बनाते हैं:

  • अपेक्षाकृत उच्च ऊर्जा घनत्व, गैसोलीन का 98%।[37]
  • हवा से जलको सरलता से अवशोषित नहीं करता है। जिससे इंजन और पाइपलाइनों का क्षरण रुक जाता है।[10]
  • गैसोलीन के साथ किसी भी अनुपात में मिलाया जा सकता है[38] इसका अर्थ है कि ईंधन उपस्थिता पेट्रोलियम मूलभूत ढांचे में प्रतिस्थापन ईंधन या प्रमुख योज्य के रूप में गिर सकता है।[10]
  • खाद्य आपूर्ति से जुड़े न होने वाले पौधों के पदार्थ से उत्पादित किया जा सकता है। जिससे ईंधन-मूल्य/खाद्य-मूल्य संबंध को रोका जा सकता है।[10][11][12][27]
  • यह मानते हुए कि यह अवशिष्ट लिग्नोसेल्युलोसिक बायोमास फीडस्टॉक्स से उत्पन्न होता है। आइसोब्यूटेनॉल को गैसोलीन के साथ मिश्रित करने से ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन में अधिक कमी आ सकती है।[39]


n-ब्यूटेनॉल

ब्यूटेनॉल जल प्रदूषण को अच्छी प्रकार से सहन करता है और इथेनॉल की तुलना में कम संक्षारक है और गैसोलीन के लिए उपस्थिता पाइपलाइन परिवहन के माध्यम से वितरण के लिए अधिक उपयुक्त है।[15] डीजल ईंधन या गैसोलीन के साथ मिश्रण में, यदि ईंधन जल से दूषित हो, तब इथेनॉल की तुलना में ब्यूटेनॉल के इस ईंधन से भिन्न होने की संभावना कम होती है।[15] इथेनॉल युक्त ब्यूटेनॉल और गैसोलीन के साथ वाष्प दबाव सह-मिश्रण अनुकूलता भी है, जो इथेनॉल मिश्रण की सुविधा प्रदान करता है। यह मिश्रित ईंधन के भंडारण और वितरण की सुविधा प्रदान करता है।[15][40][41]

ईधन ऊर्जा

घनत्व

एयर ईंधन

अनुपात

विशिष्ट

ऊर्जा

वाष्पीकरण की गर्मी आरओएन एम्ओएन एकेआई
गैसोलीन और बायोगैसोलीन 32 MJ/L 14.7 2.9 MJ/kg air 0.36 MJ/kg   91–99   81–89   87-95
ब्यूटेनॉल ईंधन 29.2 MJ/L 11.1 3.6 MJ/kg air 0.43 MJ/kg   96   78   87
निर्जल इथेनॉल ईंधन 19.6 MJ/L   9.0 3.0 MJ/kg air 0.92 MJ/kg 107   89
मेंथेनॉल ईंधन 16 MJ/L   6.4 3.1 MJ/kg air 1.2 MJ/kg 106   92

n-ब्यूटेनॉल की ऑक्टेन रेटिंग गैसोलीन के समान है, किन्तु इथेनॉल और मेथनॉल से कम है। n-ब्यूटेनॉल में 96 का आरओएन (ऑक्टेन रेटिंग) और 78 का एमओएन (मोटर ऑक्टेन नंबर) है (परिणामस्वरूप (R+M)/2 पंप ऑक्टेन संख्या 87 है, जैसा कि उत्तरी अमेरिका में उपयोग किया जाता है) जबकि t-ब्यूटेनॉल में ऑक्टेन 105 RON और 89 MON की रेटिंग है ।[43] टी-बुटानोल का उपयोग गैसोलीन में योज्य के रूप में किया जाता है, किन्तु इसे शुद्ध रूप में ईंधन के रूप में उपयोग नहीं किया जा सकता है क्योंकि इसका अपेक्षाकृत उच्च गलनांक 25.5°C (79°F) इसे जेल में बदल देता है और कमरे के तापमान के पर लगभग जम जाता है। दूसरी ओर आइसोब्यूटेनॉल का गलनांक n-ब्यूटेनॉल से कम होता है और अनुकूल आरओएन 113 और एमओएन 94 होता है और इस प्रकार यह उच्च अंश वाले गैसोलीन मिश्रणों, n-ब्यूटेनॉल के साथ मिश्रण या एक स्टैंडअलोन ईंधन के रूप में बहुत उत्तम अनुकूल है।[44]

उच्च ऑक्टेन रेटिंग वाले ईंधन में प्रवेश करने (संपीड़न द्वारा अत्यधिक तीव्र और सहज दहन) की संभावना कम होती है और किसी भी आधुनिक कार इंजन की नियंत्रण प्रणाली इग्निशन टाइमिंग को समायोजित करके इसका लाभ प्राप्त कर सकती है। इससे ऊर्जा दक्षता में सुधार होगा, जिससे विभिन्न ईंधनों की ऊर्जा सामग्री की तुलना से उत्तम ईंधन अर्थव्यवस्था प्राप्त होगी। संपीड़न अनुपात को बढ़ाकर, ईंधन अर्थव्यवस्था, शक्ति और टॉर्क में और अधिक लाभ प्राप्त किया जा सकता है। इसके विपरीत कम ऑक्टेन रेटिंग वाले ईंधन में खटखटाने की संभावना अधिक होती है और दक्षता कम हो जाएगी। खटखटाने से इंजन को हानि भी हो सकता है। 87 ऑक्टेन पर चलने के लिए डिज़ाइन किए गए इंजनों में उच्च ऑक्टेन ईंधन के साथ संचालित होने से कोई अतिरिक्त विद्युत/ईंधन अर्थव्यवस्था नहीं होगी।

ब्यूटेनॉल विशेषताएँ: वायु-ईंधन अनुपात, विशिष्ट ऊर्जा, श्यानता, विशिष्ट ऊष्मा

ब्यूटेनॉल और इथेनॉल सहित एल्कोहल ईंधन आंशिक रूप से ऑक्सीकृत होते हैं और इसलिए उन्हें गैसोलीन की तुलना में अधिक समृद्ध मिश्रण पर चलाने की आवश्यकता होती है। कारों में मानक गैसोलीन इंजन ईंधन में भिन्नता को समायोजित करने के लिए वायु-ईंधन अनुपात को समायोजित कर सकते हैं, किन्तु केवल मॉडल के आधार पर कुछ सीमाओं के अंदर समायोजित कर सकते है। यदि इंजन को शुद्ध इथेनॉल या इथेनॉल के उच्च प्रतिशत के साथ गैसोलीन मिश्रण पर चलाने से सीमा पार हो जाती है, तब इंजन धीमी गति से चलेगा। जो इंजन के भागो को गंभीर रूप से हानि पहुंचा सकता है। इथेनॉल की तुलना में ब्यूटेनॉल को रेट्रोफिट की आवश्यकता के बिना उपस्थिता कारों में उपयोग के लिए गैसोलीन के साथ उच्च अनुपात में मिलाया जा सकता है क्योंकि वायु-ईंधन अनुपात और ऊर्जा सामग्री गैसोलीन के पास है।[40][41]

एल्कोहल ईंधन में गैसोलीन की तुलना में प्रति यूनिट वजन और यूनिट आयतन में कम ऊर्जा होती है। प्रति चक्र जारी शुद्ध ऊर्जा की तुलना करना संभव बनाने के लिए संभवतः ईंधन विशिष्ट ऊर्जा नामक माप का उपयोग किया जाता है। इसे प्रति वायु ईंधन अनुपात में जारी ऊर्जा के रूप में परिभाषित किया गया है। प्रति चक्र जारी शुद्ध ऊर्जा इथेनॉल या मेथनॉल की तुलना में ब्यूटेनॉल के लिए अधिक है और गैसोलीन की तुलना में लगभग 10% अधिक है।[45]

पदार्थ कीनेमेटीक्स का

श्यानता

20°C पर

ब्यूटेनॉल 3.64 cSt
डीज़ल >3 cSt
इथेनॉल 1.52 cSt
जल 1.0 cSt
मेथनॉल 0.64 cSt
गैसोलीन 0.4–0.8 cSt

लंबी कार्बन श्रृंखलाओं के साथ एल्कोहल की श्यानता बढ़ जाती है। इस कारण से, जब अधिक श्यानता वाला विलायक वांछित होता है, तब ब्यूटेनॉल का उपयोग छोटी एल्कोहल के विकल्प के रूप में किया जाता है। ब्यूटेनॉल की गतिकीय श्यानता गैसोलीन की तुलना में अनेक गुना अधिक है और उच्च गुणवत्ता वाले डीजल ईंधन जितना गाढ़ा है।[46]

इंजन में ईंधन को जलने से पहले वाष्पीकृत करना पड़ता है। ठंड के मौसम में ठंड प्रारंभ] होने के समय एल्कोहल ईंधन के साथ अपर्याप्त वाष्पीकरण ज्ञात समस्या है। चूंकि ब्यूटेनॉल के वाष्पीकरण की ऊष्मा इथेनॉल की तुलना में आधे से भी कम है। इसलिए बुटेनॉल पर चलने वाले इंजन को इथेनॉल या मेथनॉल पर चलने वाले इंजन की तुलना में ठंड के मौसम में प्रारंभ करना आसान होना चाहिए।[40]


ब्यूटेनॉल ईंधन मिश्रण

गैसोलीन में इथेनॉल और मेथनॉल के मिश्रण के मानक यूरोपीय संघ, अमेरिका और ब्राजील सहित अनेक देशों में उपस्थित हैं। अनुमानित समतुल्य ब्यूटेनॉल मिश्रणों की गणना ब्यूटेनॉल, इथेनॉल और गैसोलीन के स्टोइकोमेट्रिक ईंधन-वायु अनुपात के मध्य संबंधों से की जा सकती है। गैसोलीन के रूप में बेचे जाने वाले ईंधन के लिए सामान्य इथेनॉल ईंधन मिश्रण वर्तमान में 5% से 10% तक है। यह अनुमान लगाया गया है कि लगभग 9.5 गीगालीटर (जीएल) गैसोलीन बचाया जा सकता है और लगभग 64.6 जीएल ब्यूटेनॉल-गैसोलीन मिश्रण 16% (बीयू16) संभावित रूप से अमेरिका में मअनेक के अवशेषों से उत्पादित किया जा सकता है, जो कुल घरेलू गैसोलीन के 11.8% के सामान्तर है।

n-ब्यूटेनॉल की संभावित आक्रामक केले जैसी गंध के कारण उपभोक्ता स्वीकृति सीमित हो सकती है।[47] ऐसे ईंधन का विपणन करने की योजना चल रही है जो 85% इथेनॉल और 15% ब्यूटेनॉल (ई85बी) है, इसलिए उपस्थिता ई85 आंतरिक दहन इंजन 100% नवीकरणीय ईंधन पर चल सकते हैं जो किसी भी जीवाश्म ईंधन का उपयोग किए बिना बनाया जा सकता है। क्योंकि इसकी लंबी हाइड्रोकार्बन श्रृंखला के कारण यह अधिक हद तक रासायनिक ध्रुवता | गैर-ध्रुवीय है, यह इथेनॉल की तुलना में गैसोलीन के अधिक समान है। ब्यूटेनॉल को बिना किसी संशोधन के गैसोलीन के उपयोग के लिए डिज़ाइन किए गए वाहनों में काम करने के लिए प्रदर्शित किया गया है।

वाहनों में ब्यूटेनॉल

वर्तमान में किसी भी उत्पादन वाहन को 100% ब्यूटेनॉल के उपयोग के लिए निर्माता द्वारा अनुमोदित नहीं किया गया है। 2009 की प्रारंभ तक संयुक्त राज्य अमेरिका में केवल कुछ वाहनों को इ85 ईंधन (अर्थात 85% इथेनॉल + 15% गैसोलीन) का उपयोग करने की सहमति दी गई थी। चूंकि ब्राज़ील में सभी वाहन निर्माता (फ़िएट, फ़ोर्ड, वीडब्लू, जीएम, टोयोटा, होंडा, प्यूज़ो, सिट्रोएन और अन्य) "फ्लेक्स-ईंधन" वाहन का उत्पादन करते हैं| फ्लेक्स-ईंधन वाहन जो 100% गैसोलीन और या 85% इथेनॉल (ई85) तक इथेनॉल और गैसोलीन के किसी भी मिश्रण पर चल सकते हैं। यह फ्लेक्स ईंधन कारें 2009 में ब्राजील में निजी वाहनों की बिक्री का 90% प्रतिनिधित्व करती हैं। बीपी और ड्यूपॉन्ट, ब्यूटेनॉल ईंधन का उत्पादन और प्रचार करने के लिए एक संयुक्त उद्यम में लगे हुए हैं, अधिकार करते हैं[15] बायोब्यूटेनॉल को यूरोपीय गैसोलीन में 10%v/v और अमेरिकी गैसोलीन में 11.5%v/v तक मिश्रित किया जा सकता है।[48][49] 2009 पेटिट ले मैंस रेस में, डायसन रेसिंग का नंबर 16लोला बी09/86 - माज़दा एमजेड-आर इंजन टीम टेक्नोलॉजी पार्टनर बीपी द्वारा विकसित बायोब्यूटेनॉल और इथेनॉल के मिश्रण पर चलने वाला इंजन था।

यह भी देखें

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बाहरी संबंध

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