Năng lượng & Môi trường

Từ thực vật đến nhiên liệu sinh học: Giải thích về tiền xử lý sinh khối

Từ thực vật đến nhiên liệu sinh học: Giải thích về tiền xử lý sinh khối


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.

Nhà máy sản xuất cồn sinh học tại Seal Sands, Teeside, Vương quốc Anh [Nguồn ảnh:Nick Bramhall, Flickr]

Năng lượng tái tạo từ sinh khối hiện là một thành phần quan trọng của phát triển năng lượng tái tạo trên toàn thế giới. Nhiên liệu được sử dụng cho quá trình này, được gọi là nguyên liệu thô, bao gồm sinh khối lignoxenluloza, có nghĩa là thực vật có cấu trúc phức tạp chứa các polyme của xenluloza, hemixenlulo và lignin. Thông thường, đó là những nguyên liệu như rơm rạ, râu ngô, cỏ switchgrass hoặc gỗ phế thải, chủ yếu được sử dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học, chẳng hạn như cồn sinh học, phải trải qua một quá trình lên men trong đó đường chuyển thành rượu (ethanol là một dạng rượu). Hầu hết các cơ sở bảo hành xe chấp nhận tối đa 5% cồn sinh học / 95% xăng pha trộn. Có thể có những hỗn hợp mạnh hơn nhưng chúng thường yêu cầu sửa đổi phương tiện để thành công.

Trước quá trình lên men, đường phải được giải phóng khỏi lignin thông qua một số quy trình tiền xử lý. Các quy trình này cũng có thể tạo ra các sản phẩm phụ khác nhau thông qua các quy trình lọc sinh học tích hợp.

Các polyme cacbohydrat xenluloza và hemixenluloza và lignin polyme thơm chứa đường cacbon liên kết chặt chẽ với lignin. Điều đó có nghĩa là chúng bị mắc kẹt trong lignocellulose. Điều này có nghĩa là trước tiên chúng phải được tách ra khỏi lignin và sau đó được thủy phân bằng cách sử dụng axit hoặc enzym, để phân hủy chúng thành đường (monosaccharide đơn giản) để chúng có thể được sử dụng làm nhiên liệu sinh học.

Bước đầu tiên trong quy trình này là một bước cơ học. Thực vật phải được cắt nhỏ và xay nhỏ để giảm kích thước, giảm độ kết tinh, giảm sự trùng hợp và tăng tác dụng của quá trình thủy phân bằng axit hoặc enzyme. Điều này cũng cải thiện mật độ năng lượng của sinh khối để nó có thể dễ dàng vận chuyển từ hiện trường đến điểm sử dụng. Thông thường, sinh khối được chuyển đổi thành dạng viên, khối hoặc pucks (kích thước và hình dạng tương tự như quả bóng khúc côn cầu trên băng). Chúng cũng có thể được biến thành ‘than sinh học’ hoặc ‘dầu sinh học’ thông qua xử lý nhiệt và áp suất.

Phân đoạn là quá trình trong đó sinh khối được chuyển đổi thành lignin, cellulose và hemicellulose, có thể dễ dàng xử lý hơn trong nhà máy lọc sinh học.

Bước tiếp theo là nổ hơi, trong đó cấu trúc dạng sợi của sinh khối bị phá vỡ bằng hơi nước áp suất cao và sau đó được áp suất nhanh chóng. Điều này phá hủy bao xơ do đó tạo điều kiện cho các quá trình tiền xử lý tiếp theo. Các phương pháp khác đạt được kết quả tương tự bao gồm nổ sợi amoniac, trong đó sinh khối được xử lý bằng amoniac lỏng ở nhiệt độ và áp suất cao, và nổ carbon dioxide siêu quan trọng trong đó sinh khối được xử lý bằng carbon dioxide.

Các nhà khoa học của Sở Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA) đã thêm một chủng nấm men mới vào hỗn hợp lõi ngô để kiểm tra hiệu quả của nó trong việc lên men ethanol từ đường thực vật [Nguồn ảnh:Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ, Flickr]

Thủy phân bằng kiềm liên quan đến việc xử lý sinh khối với nồng độ kiềm cao ở nhiệt độ thấp trong thời gian dài. Các chất được sử dụng cho mục đích này bao gồm natri hydroxit, canxi hydroxit hoặc amoniac. Ưu điểm của quá trình này bao gồm nhiệt độ và áp suất thấp hơn, đường ít bị phân hủy hơn và khả năng thu hồi nhiều muối ăn da. Tuy nhiên, thời gian kéo dài và nồng độ kiềm cao là những nhược điểm chính.

Khử sạch độ cao ở nhiệt độ thấp (LTSD) là một quy trình được phát triển bởi Bio-Process Innovation Inc, sử dụng một lượng nhỏ hóa chất không độc hại. Một nhà máy thí điểm một tấn đã được xây dựng bởi công ty ở Indiana, Hoa Kỳ, nhưng quy trình này hiện đã được thương mại hóa rộng rãi để sử dụng trong các nhà máy chế biến sinh học ở những nơi khác.

Đồng dung môi Tăng cường phân đoạn Lignocellulosic (CELF) sử dụng hợp chất hữu cơ gọi là tetrahydrofuran (THF) kết hợp với axit sulfuric loãng để chưng cất phân đoạn. Nó có thể tạo ra một lượng đường cao cho quá trình lên men. Nó cũng có thể tạo ra một số hợp chất hữu cơ hữu ích bao gồm furfural (có thể được sử dụng làm chất hỗ trợ phân phối thuốc diệt cỏ nông nghiệp và làm dung môi hóa học), 5-hydroxymethylfurfural và axit levulinic có thể được xúc tác chuyển đổi thành hóa chất hoặc nhiên liệu. Quá trình này được phát triển bởi Đại học California và được cấp phép bởi CogniTek. Một công ty có tên MG Fuels đã được thành lập để thương mại hóa quy trình này.

Organosolv sử dụng các dung môi hữu cơ như etanol, metanol, butanol và axit axetic để làm cho lignin và hemicellulose hòa tan. Một quy trình organosolv được cấp bằng sáng chế đã được phát triển và cấp bằng sáng chế bởi AST của Mỹ, Khoa học và Công nghệ mặc dù nó hiện chỉ ở quy mô thử nghiệm. Quá trình chuyển đổi sinh khối lignocellulosic thành đường, lignin tinh khiết, bột giấy và sinh hóa và liên quan đến quá trình chưng cất phân đoạn và thủy phân để tạo ra hơn 95% sản lượng đường.

Ozonolysis là xử lý sinh khối bằng ozone trước khi thủy phân bằng enzyme.

Nhiệt phân là một trong những quá trình nổi tiếng nhất, liên quan đến sự phân hủy hóa học bằng cách đun nóng. Quá trình nhiệt phân nhanh đạt được điều này trong vòng 1-2 giây khi sử dụng nhiệt độ lên đến 500 ° C. Các đơn vị nhiệt phân di động hiện đang được sử dụng trong một số tổ chức trên toàn thế giới, cũng như được triển khai ở cấp địa phương ở các nước đang phát triển để đạt được quy mô cộng đồng sản xuất nhiên liệu sinh học. Torreification là một dạng nhiệt phân nhẹ hơn, trong đó quá trình nhiệt hóa được tiến hành ở 200-350 ° C trong điều kiện không có oxy, tạo ra sinh khối hoặc than nung chảy, thường được gọi là 'than sinh học'.


Xem video: Sudan đẩy mạnh nhiên liệu sinh học thay thế cho dầu mỏ (Tháng MườI Hai 2022).