Energia ja ympäristö

Kasveista biopolttoaineisiin: Selitys biomassan esikäsittelystä

Kasveista biopolttoaineisiin: Selitys biomassan esikäsittelystä


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.

Bioetanolitehdas Seal Sandsissä, Teeside, Iso-Britannia [Kuvalähde:Nick Bramhall, Flickr]

Biomassasta peräisin oleva uusiutuva energia on nyt keskeinen osa uusiutuvan energian kehittämistä maailmanlaajuisesti. Tähän prosessiin käytetty polttoaine, joka tunnetaan raaka-aineena, koostuu lignoselluloosabiomassasta, toisin sanoen monimutkaisen rakenteen omaavista kasveista, jotka sisältävät selluloosan, hemiselluloosan ja ligniinin polymeerejä. Tyypillisesti nämä ovat materiaaleja, kuten olki, maissihaudutin, ruohonjuuri tai puujätteet, joita käytetään enimmäkseen biopolttoaineiden, kuten bioetanolin, tuotantoon ja joille on suoritettava käymisprosessi, jossa sokerit muuttuvat alkoholiksi (etanoli muodostaa muodon alkoholia). Suurin osa ajoneuvotakuista hyväksyy enintään 5 prosenttia bioetanolia / 95 prosenttia bensiiniseosta. Vahvemmat sekoitukset ovat mahdollisia, mutta ne edellyttävät yleensä ajoneuvon muuttamista menestyäkseen.

Ennen käymisprosessia sokerit on vapautettava ligniinistä useiden esikäsittelyprosessien avulla. Nämä prosessit voivat tuottaa erilaisia ​​sivutuotteita integroiduilla biojalostamoprosesseilla.

Hiilihydraattipolymeerit, selluloosa ja hemiselluloosa, ja aromaattinen polymeer ligniini sisältävät hiilisokereita, jotka ovat sitoutuneet tiukasti ligniiniin. Toisin sanoen he ovat loukussa lignoselluloosassa. Tämä tarkoittaa, että ne on ensin irrotettava ligniinistä ja sitten hydrolysoitava hapolla tai entsyymeillä, jotta ne hajotetaan sokereiksi (yksinkertaisiksi monosakkarideiksi), jotta niitä voidaan käyttää biopolttoaineisiin.

Tämän menettelyn ensimmäinen vaihe on mekaaninen. Kasvit on silputtu ja jauhettava niiden koon pienentämiseksi, kiteisyyden vähentämiseksi, polymeroinnin vähentämiseksi ja happo- tai entsyymihydrolyysin vaikutuksen lisäämiseksi. Tämä parantaa myös biomassan energiatiheyttä, jotta se voidaan kuljettaa helpommin kentältä pisteelle käyttöön. Tyypillisesti biomassa muunnetaan pelleteiksi, kuutioiksi tai kiekoiksi (kooltaan ja muodoltaan samanlainen kuin jääkiekon kiekko). Ne voidaan myös muuttaa "biohiiliksi" tai "bioöljyksi" lämpö- ja painekäsittelyn avulla.

Fraktiointi on prosessi, jossa biomassa muuttuu ligniiniksi, selluloosaksi ja hemiselluloosaksi, joka voidaan käsitellä helpommin biojalostamossa.

Seuraava vaihe on höyryräjähdys, jossa biomassan kuiturakenne hajotetaan korkeapainehöyryllä ja paineistetaan sitten nopeasti. Tämä tuhoaa kuituja, mikä mahdollistaa myöhemmät esikäsittelyprosessit. Muita menetelmiä saman tuloksen saavuttamiseksi ovat ammoniakkikuituräjähdys, jossa biomassa käsitellään nestemäisellä ammoniakilla korkeassa lämpötilassa ja paineessa, ja erittäin kriittinen hiilidioksidiräjähdys, jossa biomassaa käsitellään hiilidioksidilla.

Yhdysvaltain maatalousministeriön (USDA) maatalouden tutkimuspalvelun tutkijat lisäävät uuden hiivakannan maissintähkäseokseen testatakseen sen tehokkuutta etanolin fermentoinnissa kasvisokereista [Kuvalähde:Yhdysvaltain maatalousministeriö, Flickr]

Alkalinen hydrolyysi käsittää biomassan käsittelyn suurella emäksisellä pitoisuudella alhaisessa lämpötilassa pitkään. Tähän tarkoitukseen käytettyjä aineita ovat natriumhydroksidi, kalsiumhydroksidi tai ammoniakki. Tämän prosessin etuihin kuuluvat alhaisemmat lämpötilat ja paineet, vähemmän sokereiden hajoaminen ja kyky ottaa talteen monia syövyttäviä suoloja. Tarvittava pitkä aikajakso ja emäksen korkea pitoisuus ovat kuitenkin tärkeimmät haitat.

Matalan lämpötilan jyrkkä delignifikaatio (LTSD) on Bio-Process Innovation Inc: n kehittämä prosessi, joka käyttää pieniä määriä myrkyttömiä kemikaaleja. Yritys rakensi yhden tonnin koelaitoksen Indianan osavaltioon Yhdysvaltoihin, mutta prosessi on nyt laajalti kaupallisesti saatavilla käytettäväksi muissa biojalostamoissa.

Lisäliuottimen tehostettu lignoselluloosafraktiointi (CELF) käyttää orgaanista yhdistettä, jota kutsutaan tetrahydrofuraaniksi (THF) yhdessä laimennetun rikkihapon kanssa fraktiointiin. Se voi tuottaa korkeaa sokeria käymiseksi. Se voi myös tuottaa useita hyödyllisiä orgaanisia yhdisteitä, mukaan lukien furfuraali (jota voidaan käyttää apuna maatalouden rikkakasvien torjunta-aineiden toimituksessa ja kemiallisena liuottimena), 5-hydroksimetyylifurfuraali ja levuliinihappo, jotka voidaan muuttaa katalyyttisesti kemikaaleiksi tai polttoaineeksi. Tämän prosessin on kehittänyt Kalifornian yliopisto ja lisensoinut CogniTek. Prosessin kaupallistamiseksi on perustettu yritys nimeltä MG Fuels.

Organosolv käyttää orgaanisia liuottimia, kuten etanolia, metanolia, butanolia ja etikkahappoa ligniinin ja hemiselluloosan liukoiseksi tekemiseksi. American, Science and Technology AST on kehittänyt ja patentoinut patentoidun organosolv-prosessin, vaikka se on tällä hetkellä vain pilottimittakaavassa. Prosessi muuttaa lignoselluloosabiomassan sokereiksi, puhtaaksi ligniiniksi, massaksi ja biokemialliseksi, ja siihen sisältyy fraktiointi ja hydrolyysi, jolloin sokereiden saanto on yli 95 prosenttia.

Otsonolyysi on biomassan käsittely otsonilla ennen entsyymihydrolyysiä.

Pyrolyysi on yksi tunnetuimmista prosesseista, johon liittyy kemiallinen hajoaminen kuumentamalla. Flash-pyrolyysi saavuttaa tämän 1–2 sekunnissa jopa 500 ° C: n lämpötiloissa. Mobiileja pyrolyysiyksiköitä on tällä hetkellä käytössä useissa organisaatioissa maailmanlaajuisesti, ja niitä käytetään paikallistasolla kehitysmaissa biopolttoaineiden tuotannon saavuttamiseksi yhteisössä. Torrefektio on lievempi pyrolyysimuoto, jossa lämpökemiallinen prosessi suoritetaan 200-350 ° C: ssa ilman happea, mikä tuottaa torrefioitua biomassaa tai hiiltä, ​​joka tunnetaan yleisemmin nimellä "biohiili".


Katso video: KOTI KESÄKUNTOON (Joulukuu 2022).