Hvordan forbehandlingsmetoder påvirker omdannelseseffektiviteten af ​​biomasseenergiproduktion

Forskning i energiproduktion fra biomasse fokuserer normalt på mængden af ​​genereret energi. Men det er også vigtigt at overveje, hvor meget energi der går ind i processen, en komponent, der ofte forsømmes, siger Tony Grift, professor i landbrugs- og biologisk teknik ved College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences og Grainger College of Engineering ved University of Illinois.

Grift er medforfatter på en ny undersøgelse, udgivet i Bioressourceteknologirapporter , der tager et kig på biokonverteringseffektiviteten af ​​to produkter, der ofte bruges som biomasse til energiproduktion, miscanthus giganteus og sukkerrørsbagasse.

"Vores mål var at bestemme, hvor meget energi det tager at forberede disse materialer. Det er et omfattende kig på forskellige forbehandlingsmetoder og deres forhold til konverteringseffektivitet, " forklarer han.

De to materialer blev valgt på grund af deres betydning for energiproduktionen. Miscanthus dyrkes typisk som en prydafgrøde, men den har en høj mængde biomasse og vokser let med meget lidt kvælstofforbrug. Sukkerrør bagasse er det biprodukt, der er tilbage, efter at sukkerrør er knust for at ekstrahere saften til sukker.

Undersøgelsen blev udført i samarbejde med kemikere fra University of California i Berkeley. Grift siger, at den tværfaglige tilgang gør forskningen unik, fordi den tager hensyn til hele energibalancen. U of I-forskerne undersøgte energiforbruget ved høst- og forbehandlingsmaterialer, mens Berkeley-kemikerne fokuserede på at omdanne biomassen til glukose, som bruges til at lave ethanol.

Forskerne definerede procentdelen af ​​iboende opvarmningsværdi (PIHV), som måler mængden af ​​energi, der går ind og ud af produktionsprocessen. "Det fortæller dig, at du har en vis mængde biomasse, som indeholder en vis mængde energi. Hvor meget energi bruger du på forarbejdning? Du ønsker ikke at bruge mere end 5 % af den samlede energiværdi, " siger Grift.

Forskerne udsatte de to materialer for ni forskellige forbehandlingsmetoder, enten separat eller som en blanding. Forbehandling sker af forskellige årsager, Grift forklarer. Efter at afgrøden er høstet, det skal transporteres til et forarbejdningsanlæg, og at gøre transporten effektiv, materialet gennemgår først en proces kaldet findeling, hvori det hakkes eller skæres i mindre stykker, og så er det komprimeret.

Grift forklarer, at høst og kompression ikke tilføjer meget til energiligningen. Hovedkilden til energiforbrug er findeling, eller størrelsesreduktion. Det bringer energiforbruget op på 5 %." Mindre partikelstørrelser gør kompression lettere, " siger han. "Det er også bedre for energiproduktion, fordi det giver et større overfladeareal for enzymer at knytte sig til i konverteringsprocessen. Men findeling kræver en vis mængde energi, så der er en afvejning. "

Forbehandlingsmetoderne omfattede hakkede og skåret stilke, pelletisering, findeling, og forskellige niveauer af kompression. Af de ni behandlingsgrupper fem inkluderede miscanthus, tre inkluderede sukkerrørsbagasse, og en inkluderede en blanding af de to produkter. De forarbejdede materialer blev alle underkastet de samme kemiske processer for at frigive glukosen.

Forskerne vurderede også virkningerne af partikelstørrelse, kompressionsniveau, og blanding af biomassekonverteringseffektivitet. Resultaterne viste, at findeling havde en positiv effekt på effektiviteten af ​​miscanthus, men ikke sukkerrør bagasse, mens det modsatte var tilfældet for pelletisering. Forskerne fandt også ud af, at en 50/50 blanding af de to materialer havde højere konverteringseffektivitet end bagasse med sukkerrør, men der var ingen signifikant forskel i forhold til miscanthus alene.

Resultaterne kan bruges til at gøre biomasseenergiproduktion mere effektiv, siger Grift.

"Forskellene er ikke store. Men hvis du vil gøre noget i større skala, er det faktisk ret vigtigt at finde ud af disse ting, " forklarer han.

Grift understreger, at resultaterne er foreløbige og bør undersøges i yderligere undersøgelser.

Fortsat forskning er nødvendig for at underbygge resultaterne og for at udvide videngrundlaget til andre produkter og andre forbehandlingsmetoder.

Artiklen, "Måling af biomasseforbehandlingsmetodernes indflydelse på biokonverteringseffektiviteten af ​​miscanthus giganteus og sukkerrørsbagasse, " er offentliggjort i Bioressource -teknologirapporter .