Energia i środowisko

Od roślin do biopaliwa: wyjaśnienie wstępnej obróbki biomasy

Od roślin do biopaliwa: wyjaśnienie wstępnej obróbki biomasy


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Zakład produkcji bioetanolu w Seal Sands, Teeside, Wielka Brytania [Źródło obrazu:Nick Bramhall, Flickr]

Odnawialne źródła energii z biomasy są obecnie kluczowym elementem rozwoju energii odnawialnej na całym świecie. Paliwo używane w tym procesie, zwane surowcami, składa się z biomasy lignocelulozowej, czyli roślin o złożonej strukturze zawierającej polimery celulozy, hemicelulozy i ligniny. Zazwyczaj są to materiały takie jak słoma, słoma, rózga, rózga czy odpady drzewne, najczęściej wykorzystywane do produkcji biopaliw, np. Bioetanol, które muszą zostać poddane procesowi fermentacji, w którym cukry zamieniają się w alkohol (etanol jest formą alkoholu). Większość gwarancji na pojazdy akceptuje maksymalnie 5% bioetanolu / 95% mieszanki benzyny. Silniejsze mieszanki są możliwe, ale zwykle wymagają modyfikacji pojazdu, aby odnieść sukces.

Przed procesem fermentacji cukry muszą zostać uwolnione z ligniny w szeregu procesów wstępnej obróbki. Procesy te mogą również wytwarzać różne produkty uboczne poprzez zintegrowane procesy biorafinerii.

Polimery węglowodanowe, celuloza i hemiceluloza oraz aromatyczna lignina polimerowa zawierają cukry węglowe, które są ściśle związane z ligniną. To znaczy, że są uwięzione w lignocelulozie. Oznacza to, że należy je najpierw odłączyć od ligniny, a następnie poddać hydrolizie przy użyciu kwasu lub enzymów w celu rozbicia ich na cukry (proste monosacharydy), aby można je było wykorzystać jako biopaliwo.

Pierwszym krokiem tej procedury jest krok mechaniczny. Rośliny muszą być rozdrobnione i zmielone w celu zmniejszenia ich wielkości, zmniejszenia krystaliczności, zmniejszenia polimeryzacji oraz zwiększenia efektu hydrolizy kwasowej lub enzymatycznej. Poprawia to również gęstość energii biomasy, dzięki czemu można ją łatwiej transportować z pola do punktu w celu użycia. Zazwyczaj biomasa jest przekształcana w peletki, kostki lub krążki (podobne pod względem wielkości i kształtu do krążka hokejowego). Można je również przekształcić w „bio-węgiel” lub „bioolej” poprzez obróbkę cieplną i ciśnieniową.

Frakcjonowanie to proces, w którym biomasa jest przetwarzana na ligninę, celulozę i hemicelulozę, które można łatwiej przetworzyć w biorafinerii.

Następnym krokiem jest eksplozja pary, w której włóknista struktura biomasy zostaje rozbita za pomocą pary pod wysokim ciśnieniem, a następnie szybko rozhermetyzowana. To niszczy włókninę, umożliwiając tym samym dalsze procesy obróbki wstępnej. Inne metody osiągnięcia tego samego wyniku obejmują wybuch włókna amoniakalnego, w którym biomasa jest poddawana działaniu ciekłego amoniaku w wysokiej temperaturze i ciśnieniu, oraz nadkrytyczny wybuch dwutlenku węgla, w którym biomasa jest poddawana działaniu dwutlenku węgla.

Naukowcy z Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych (USDA) dodają nowy szczep drożdży do mieszanki kolb kukurydzy, aby przetestować jego skuteczność w fermentacji etanolu z cukrów roślinnych [Źródło obrazu:Departament Rolnictwa Stanów Zjednoczonych, Flickr]

Hydroliza alkaliczna polega na obróbce biomasy wysokim stężeniem alkaliów w niskiej temperaturze przez długi czas. Substancje używane do tego celu obejmują wodorotlenek sodu, wodorotlenek wapnia lub amoniak. Zalety tego procesu obejmują niższe temperatury i ciśnienia, mniejszy rozkład cukrów i zdolność do odzyskiwania wielu soli żrących. Jednak wymagany długi okres czasu i wysokie stężenie zasady to główne wady.

Delignifikacja w niskiej temperaturze (LTSD) to proces opracowany przez Bio-Process Innovation Inc, który wykorzystuje niewielkie ilości nietoksycznych chemikaliów. Firma zbudowała 1-tonową instalację pilotażową w stanie Indiana w USA, ale proces ten jest obecnie szeroko dostępny na rynku i może być stosowany w biorafineriach w innych miejscach.

Współrozpuszczalnikowe ulepszone frakcjonowanie lignocelulozowe (CELF) wykorzystuje do frakcjonowania związek organiczny zwany tetrahydrofuranem (THF) w połączeniu z rozcieńczonym kwasem siarkowym. Może produkować wysoki cukier do fermentacji. Może również wytwarzać wiele użytecznych związków organicznych, w tym furfural (który może być stosowany jako pomoc w dostarczaniu rolniczych herbicydów i jako rozpuszczalnik chemiczny), 5-hydroksymetylofurfural i kwas lewulinowy, który można katalitycznie przekształcić w chemikalia lub paliwo. Ten proces został opracowany przez University of California i licencjonowany przez CogniTek. W celu komercjalizacji procesu powołano firmę MG Fuels.

Organosolv wykorzystuje rozpuszczalniki organiczne, takie jak etanol, metanol, butanol i kwas octowy do rozpuszczania ligniny i hemicelulozy. Opatentowany proces organosolv został opracowany i opatentowany przez American, Science and Technology AST, chociaż jest on obecnie tylko na skalę pilotażową. W procesie tym biomasa lignocelulozowa jest przekształcana w cukry, czystą ligninę, miazgę i produkty biochemiczne oraz obejmuje frakcjonowanie i hydrolizę w celu wytworzenia ponad 95% wydajności cukrów.

Ozonoliza to obróbka biomasy ozonem przed hydrolizą enzymatyczną.

Piroliza to jeden z najbardziej znanych procesów obejmujący rozkład chemiczny przez ogrzewanie. Piroliza błyskawiczna osiąga to w ciągu 1-2 sekund w temperaturach do 500 ° C. Mobilne jednostki pirolizy są obecnie używane przez wiele organizacji na całym świecie, a także rozmieszczane na poziomie lokalnym w krajach rozwijających się, aby osiągnąć produkcję biopaliw na skalę wspólnotową. Toryfikacja jest łagodniejszą formą pirolizy, w której proces termochemiczny przebiega w temperaturze 200–350 ° C pod nieobecność tlenu, co prowadzi do produkcji toryfikowanej biomasy lub zwęglenia, bardziej znanego jako „bio węgiel”.


Obejrzyj wideo: Biomasa tania energia (Może 2022).