Биоконверсии биомассы смешанных спиртовых топлив могут быть осуществлены с использованием процесса MixAlco. За счет биоконверсии биомассы в смешанное спиртовое топливо больше энергии из биомассы будет превращаться в жидкое топливо, чем на преобразование биомассы в этанол путем дрожжевой ферментации.
Процесс включает в себя биологический / химический метод преобразования любого биоразлагаемого материала (например, городских отходов, таких как твердые бытовые отходы , биоразлагаемые отходы и осадок сточных вод , сельскохозяйственных остатков, таких как кукурузная солома , жмых сахарного тростника , мусор из хлопкового джина , навоз ) в полезные химические вещества, такие как карбоновые кислоты (например, уксусная , пропионовая , масляная кислота ), кетоны (например, ацетон, метилэтилкетон , диэтилкетон ) и биотопливо, например, смесь первичных спиртов (например, этанол, пропанол , н- бутанол ) и / или смесь вторичных спиртов (например, изопропанол , 2-бутанол , 3-пентанол). Из-за множества продуктов, которые можно производить экономично, этот процесс представляет собой настоящий биоочистительный завод . [1] [2] [3]
Процесс использует смешанную культуру встречающихся в природе микроорганизмов найдены в естественной среде обитания , такие как рубец крупного рогатого скота, термиты кишки, а также морские и наземных болота до анаэробно переваривать биомассы в смесь карбоновых кислот , полученных в ходе кислотопродуцирующих и acetogenic стадий анаэробного сбраживания , однако с ингибированием метаногенной конечной стадии. Наиболее популярные методы производства этанола и целлюлозного этанолаиспользуйте ферменты, которые необходимо сначала выделить, чтобы добавить в биомассу и таким образом превратить крахмал или целлюлозу в простые сахара, а затем произвести ферментацию дрожжей в этанол. Этот процесс не требует добавления таких ферментов, поскольку эти микроорганизмы вырабатывают свои собственные. [4]
Поскольку микроорганизмы анаэробно переваривают биомассу и превращают ее в смесь карбоновых кислот, необходимо контролировать pH . Это делается путем добавления буферного агента (например, бикарбоната аммония , карбоната кальция ), что дает смесь карбоксилатных солей. Метаногенез , являющийся естественным завершающим этапом анаэробного пищеварения, ингибируется присутствием ионов аммония или добавлением ингибитора (например, йодоформа ). Полученный ферментационный бульон содержит образовавшиеся карбоксилатные соли, которые необходимо обезвоживать. Это эффективно достигается за счет парокомпрессионного испарения.. Затем может происходить дальнейшая химическая очистка обезвоженного ферментационного бульона в зависимости от желаемого конечного химического продукта или биотоплива.
Конденсированная дистиллированная вода из парокомпрессионной испарительной системы возвращается обратно на ферментацию. С другой стороны, если неочищенные сточные воды или другие сточные воды с высоким уровнем БПК, нуждающиеся в очистке, используются в качестве воды для ферментации, конденсированная дистиллированная вода после выпаривания может быть возвращена обратно в город или в исходный источник высокой -БПК сточные воды. Таким образом, этот процесс также может служить средством очистки воды при производстве ценных химикатов или биотоплива.
Поскольку в системе используется смешанная культура микроорганизмов, ферментация не требует добавления каких-либо ферментов, а также не требует стерильности или асептических условий, что делает этот первый этап процесса более экономичным, чем в более популярных методах производства целлюлозного этанола. Эта экономия на начальном этапе процесса, когда объемы велики, обеспечивает гибкость для дальнейших химических превращений после обезвоживания, где объемы небольшие.
Карбоновые кислоты [ править ]
Карбоновые кислоты можно регенерировать из солей карбоксилатов с использованием процесса, известного как «кислотное образование». В этом процессе используется высокомолекулярный третичный амин (например, триоктиламин), который заменяется катионом (например, аммонием или кальцием). Полученный карбоксилат амина затем можно термически разложить на сам амин, который рециркулирует, и соответствующую карбоновую кислоту . Таким образом, теоретически на этом этапе не потребляются химические вещества и не образуются отходы. [5]
Кетоны [ править ]
Есть два метода получения кетонов. Первый заключается в термическом превращении солей карбоксилата кальция в соответствующие кетоны. Это был распространенный метод производства ацетона из ацетата кальция во время Первой мировой войны . [6] Другой способ получения кетонов состоит в преобразовании испарившейся карбоновой кислоты на слой катализатора из оксида циркония . [7]
Спирты [ править ]
Первичные спирты [ править ]
Непереваренный остаток ферментации можно использовать при газификации для получения водорода (H 2 ). Этот Н 2 затем может быть использован для hydrogenolyze в сложных эфиров в присутствии катализатора (например, хромита меди), [8] , который получают путем этерификации либо карбоксилат аммония соли (например, ацетат аммония , пропионат, бутират) или карбоновые кислоты (например , , уксусная, пропионовая, масляная кислоты) с высокомолекулярным спиртом (например, гексанолом , гептанолом ). [9] Конечным продуктом гидрогенолиза является высокомолекулярный спирт, который возвращается обратно вэтерификации , и соответствующие первичные спирты (например, этанол, пропанол, бутанол).
Вторичные спирты [ править ]
Вторичные спирты (например, изопропанол, 2-бутанол, 3-пентанол) получают путем гидрирования над катализатором (например, никелем Ренея) соответствующих кетонов (например, ацетон, метилэтилкетон, диэтилкетон). [10]
Добавляемое биотопливо [ править ]
Первичные или вторичные спирты, полученные, как описано выше, могут быть преобразованы в биотопливо , которое совместимо с существующей инфраструктурой ископаемого топлива, такой как биогазолин , зеленое дизельное топливо и топливо для биотоплива. Это достигается путем дегидратации спиртов с последующей олигомеризацией с использованием цеолитных катализаторов аналогично процессу метанекса , который применялся для производства бензина из метанола в Новой Зеландии. [11]
Уксусная кислота против этанола [ править ]
Заводы по производству целлюлозы и этанола обязательно будут чистыми экспортерами электроэнергии, потому что большая часть лигноцеллюлозной биомассы , а именно лигнин , остается непереваренной, и ее необходимо сжигать, производя таким образом электроэнергию для завода и избыточную электроэнергию для сети. По мере роста рынка и широкого распространения этой технологии объединение рынков жидкого топлива и электроэнергии будет становиться все более трудным. [ необходима цитата ]
Уксусная кислота, в отличие от этанола, биологически производится из простых сахаров без образования диоксида углерода :
Из-за этого выходы по массе будут выше, чем при ферментации этанола. Если затем непереваренный остаток (в основном лигнин) использовать для производства водорода путем газификации, то можно гарантировать, что больше энергии из биомассы превратится в жидкое топливо, а не в избыточное тепло / электричество. [12]
Более полное описание экономики каждого из видов топлива дается на страницах спиртового топлива и этанольного топлива , более подробную информацию об экономике различных систем можно найти на центральной странице биотоплива .
Стадия разработки [ править ]
Система находится в разработке с 1991 года, перейдя от лабораторного масштаба (10 г / день) к экспериментальному масштабу (200 фунтов / день) в 2001 году. Небольшая демонстрационная установка (5 тонн / день) была построена и сейчас находится в эксплуатации, а демонстрационная установка мощностью 220 тонн в сутки ожидается в 2012 году.
См. Также [ править ]
- Анаэробное пищеварение
- Биореактор
- Механическая биологическая очистка
Ссылки [ править ]
- ↑ Advanced Biomass Refinery - Third-Generation 2007 (видео). Архивировано 1 июля 2010 г. на Wayback Machine.
- ^ Презентация EPA по процессу [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Приложение
- ^ FK Agbogbo, MT Holtzapple (23 августа 2005). «Ферментация в неподвижном слое рисовой соломы и куриного помета с использованием смешанной культуры морских мезофильных микроорганизмов». Биоресурсные технологии . 98 (8): 1586–1595. DOI : 10.1016 / j.biortech.2006.06.021 . PMID 16962320 .
- ^ Williamson, SA 2000. Превращение карбоксилатных солей в карбоновые кислоты посредством реактивной дистилляции. Магистерская диссертация
- ^ Yeh, Х. 2002. Пиролитическое разложение карбоксилатных солей. Кандидатская диссертация
- ^ Инграм, Д. 2002. Кетонизация уксусной кислоты. Отчет студента бакалавриата.
- ^ Брэдли, МВт, Харрис, Н., Тернер, К. 1982. Способ гидрогенолиза карбоновой кислоты Эфиры WO 82/03854, ноябрь 2011
- ^ Получение сложных эфиров реакцией солей аммония со спиртами.
- ^ Aldrett-Lee, S. 2000. Каталитическое гидрирование жидких кетонов с акцентом на массоперенос газ-жидкость. Кандидатская диссертация
- ^ «Производство бензина из метанола» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 1 декабря 2012 года . Проверено 27 ноября 2010 года .
- ^ Эггеман, Т., Версер, Д., и Вебер, Э. (2005), Непрямой путь для производства этанола Министерство энергетики США
