Den hemliga kemin som gör biomassa till bensin

– Redan från första början hade jag beslutat mig för att genomföra ett hemligt projekt. Någonting riktigt svårt med potential att förändra världen, säger Jyri-Pekka Mikkola.

Han är professor i kemi vid Umeå universitet och en av delägarna till företaget Eco-Oil AB som byggts upp kring en kemisk innovation som gör det möjligt att framställa syntetisk bensin av etanol.

Tioårig finansiering möjliggjorde hemligt projekt

Den ”första början” som Jyri-Pekka Mikkola pratar om var ungefär 2009. Det året gjorde Sveriges regering en särskild satsning på ett tjugotal strategiska forskningsområden för att få fram världsledande forskning inom viktiga fält. Umeå universitet, SLU och Luleå tekniska universitet ansökte om att få utföra forskning inom området energi, vilket ledde fram till forskningsmiljön Bio4Energy.

När det är någonting radikalt, en gamechanger-teknologi, då måste man utveckla i smyg

- Det gav oss basresurser som har varit helt nödvändiga, säger Jyri-Pekka Mikkola.

Jyri-Pekka Mikkola i laboratoriet på Kemiska institutionen vid Umeå universitet.

BildMattias Pettersson

Efter en förlängning av den statliga finansieringen 2015 har Bio4Energy snart löpt på i tio år, med goda resultat inom att utveckla hållbara bioraffinaderiprocesser.

Men vid sidan av de officiella aktiviteterna drev Jyri-Pekka Mikkolas forskargrupp ett hemligt projekt: att göra bensin av förnyelsebara råvaror.

Beslutet att hålla projektet hemligt fattade Jyri-Pekka Mikkola utifrån tidigare erfarenheter av att omsätta kemiforskning till industriella tillämpningar.

Från sina år som forskare på Åbo akademi i Finland hade han ett tiotal patent i bagaget. Därmed visste han också att en industriell innovation kräver en annan approach än att förutsättningslöst ge sig på ett rent forskningsproblem.

- När det är någonting radikalt, en gamechanger-teknologi, då måste man utveckla i smyg. Annars blir upptäckten antingen stulen, kopierad eller överkörd av någon existerande maktfaktor, förklarar han.

Trots hemlighetsmakeriet har forskningen om biobaserade drivmedel drabbats av flera inbrott. Både i lokalerna på Kemiska institutionen vid Umeå universitet och på Jyri-Pekka Mikkolas andra arbetsplats, Åbo akademi i Finland.

Forskarna har behövt avhålla sig från att göra vetenskapliga publiceringar tills patentet är publikt.

- Men nu börjar det vara dags. Patenteringsprocessen har tagit flera år, så blir det när man går efter att ta ett sådant här världspatent. Det måste man vara förberedd på, säger Jyri-Pekka Mikkola.

Materialet som gör bensin av etanol

Den första och största utmaningen har varit att utveckla ett nytt material, en katalysator, med mycket specifika egenskaper: att reagera med alkohol från biomassa på ett sätt som ”bygger om” alkoholmolekylerna till bensin eller diesel.

- Det tog oss länge att förfina materialen till dess att produkten blev som vi ville, säger Jyri-Pekka Mikkola.

Inne i de små porerna på ytan av pulverkornen sitter metallnanopartiklar. De är dessa partiklar som gör att alkohol omvandlas till vatten och bensin eller diesel.

BildMattias Pettersson

- Materialet vi har tagit fram ser ut som ett vitt pulver. Man ser inte med blotta ögat de mikroskopiska porerna. Men de gör att enda korn har en ytarea som motsvarar en hel fotbollsplan.

Förenklat kan man säga att omvandlingen från etanol till bensin handlar om att etanolen ska befrias från syre.

- I princip finns det två sätt att ta bort syre: antingen som koldioxid eller som vatten, säger Jyri-Pekka Mikkola pedagogiskt.  

- Vi har valt att ta ut det som vatten, eftersom vatten är en begränsad resurs i många delar av världen. Och på det här sättet så producerar vi inte extra koldioxid, vilket man förstås också gärna vill undvika.

Omvandlingsfaktorn är att en liter etanol ger ungefär sju deciliter bensin och tre deciliter vatten.

Tillverkningsanläggning i container-storlek

Därefter har forskarlaget utvecklat en process runt de nya katalysmaterialen.

När en prototypanläggning för framställning av biobaserad bensin och diesel var färdig att sätta igång så valde man av säkerhetsskäl att flytta ut anläggningen från labbet och ställa den på ett mer hemligt ställe.

Att hyra en lämplig lokal i Umeåtrakten visade sig dock vara svårt. Till slut monterades prototypanläggningen i en oansenlig släpvagn med kåpa som fick stå ute i skogen och arbeta.

En flaska med bensin som framställts i prototypanläggningen, någonstans i skogen utanför Umeå.

BildMattias Pettersson

Jyri-Pekka Mikkola och de andra forskarna har successivt analyserat produkten, justerat processen och testat vidare.

Som forskningsledare har Jyri-Pekka Mikkola blivit ansiktet utåt. Men att utveckla material och processer är i högsta grad ett lagarbete, säger han:

- Vår labbingenjör är väldigt bra på att skruva i saker. Han byggde i praktiken vår pilotanläggning, så det är en nyckelkompetens. Sen har vi flera forskare som är experter på katalytiska material och några som är experter på modellering.

I dag har de ett väl intrimmat prototyp-system för bensinframställning. För diesel har de kommit steget längre: där finns det redan i dag en visningsanläggning i containerformat, och en större testanläggning är på gång.

Det skulle behövas ungefär 2 000 sådana här containrar för att ställa om Sverige från fossil bensin

Grundtanken är att tillverkningen av bensin och diesel inte ska ske i stora raffinaderier, utan i anläggningar stora som en vanlig fraktcontainer.

- Den här teknologin gör det möjligt att producera drivmedel i mycket mindre skala på den plats där råvaran finns. Ett större jordbruk eller en byaförening kunde bli självförsörjande med bränsle, säger Jyri-Pekka Mikkola.

Syftet med forskningsprogrammet Bio4Energy har varit att utveckla miljövänliga processer för att framställa biobränslen och andra produkter av skogsråvara eller organiskt avfall.

BildMostphotos/Viktor Cap

Om visionen blir verklighet så sker det inte bara en grön omställning av drivmedelstillverkningen – det skulle också innebära att hela industrin struktureras om.

- När jag gjorde en grov kalkyl med en rad antaganden så kom jag fram till att det skulle behövas ungefär 2 000 sådana här containrar för att ställa om Sverige från fossil bensin till förnyelsebar bensin.

Ännu är det dock mycket som ska klaffa innan den visionen blir verklighet. Jyri-Pekka Mikkola är självsäker, men samtidigt ödmjuk inför att projektet nu befinner sig i sin känsligaste fas.

- Teknologiskt fungerar detta. Det svåra är att skapa trovärdighet så att man kan få loss riktiga pengar, säger Jyri-Pekka Mikkola.

Ser biobaserad bensin som ett starkt alternativ till batterier

Från den andra industriella revolutionen på 1870-talet och framåt har fossil olja i olika förädlade former varit själva livsblodet i vårt moderna samhälle.

Idag associerar vi oljan allt mer med dess baksidor: utsläpp av växthusgaser, nedsmutsning och geopolitiska konflikter. Eldrivna transporter beskrivs ofta som lösningen om mänskligheten ska kunna bryta oljeberoendet.

Men Jyri-Pekka Mikkola är alltjämt skeptisk till batterier. Han har räknat mycket på för- och nackdelarna med förnyelsebara kolväten kontra eldrift.

Hittills har forskarna uppfunnit sätt att göra bensin och diesel av biobaserad etanol. Men Jyri-Pekka Mikkola vill inte stanna där. "Vi vill också kunna framställa jetbränsle för flygplan. I det arbetet har vi kommit halvvägs."

BildMattias Pettersson

Jyri-Pekka Mikkolas ståndpunkt blir därför att kolväten och förbränningsmotorer alltjämt är ett väldigt effektivt och gångbart sätt att lagra, distribuera och förbruka energi. Förutsatt att man inte fortsätter utvinna och förbränna fossila kolväten. Utan övergår till ett cirkulärt, förnyelsebart system.

Den kvarstående nackdelen med storskalig tillverkning av biobaserad bensin är att en hel del träd som i nuläget binder koldioxid skulle behöva skördas och omvandlas till etanol.

- Det tar tid innan det återupptas av växtligheten, men vad gör man? frågar Jyri-Pekka Mikkola retoriskt.

-Alla förbränningsprocesser producerar koldioxid. Det går inte att undvika.