Genvinding af fosfor fra produktion af majsethanol kan hjælpe med at reducere grundvandsforurening

Tørrede destilleringskorn med opløselige stoffer (DDGS), et biprodukt fra forarbejdning af majsethanol, bruges almindeligvis som foder til kvæg, svin og fjerkræ. Imidlertid, DDGS indeholder mere fosfor, end dyrene har brug for. Det overskydende ender i gødning og løber ud i vandskellet, at fremme algeproduktionen og i sidste ende bidrage til store døde zoner i den Mexicanske Golf.

Fjernelse af overskydende fosfor fra DDGS, før det bliver til foder, kan afhjælpe problemet. En ny undersøgelse fra University of Illinois undersøger den bedste måde at genvinde fosfor som et co-produkt, som så potentielt kan bruges som gødning til majs- og sojabønneproduktion.

"Meget fosfor er i selve majsen. Når majs forarbejdes, du får forskellige produkter. Noget af det fodres i dyrefoder, som allerede indeholder masser af fosfor. Så det ekstra fosfor kommer ud i gyllen og udvaskes i grundvandet, " siger Vijay Singh, undersøgelsens medforfatter. Singh er professor i landbrugs- og biologisk ingeniørvidenskab og direktør for Integrated Bioprocessing Research Laboratory (IBRL) ved U of I.

"Vi spurgte, kan vi gøre noget i selve processen for at genvinde dette fosfor, og sætte det tilbage på jorden som gødning? Det er ligesom en cirkulær økonomi, " tilføjer han.

Forskningen er en del af et flerstrenget projekt, der spænder over flere afdelinger i Landbrugshøjskolen, Consumer and Environmental Sciences at U of I. Projektet er finansieret af en National Science Foundation-bevilling under Innovations at the Nexus of Food, Energy and Water Systems (INFEWS) paraply.

Ankita Juneja, postdoc ved Institut for Jordbrugs- og Biologisk Teknik, er undersøgelsens hovedforfatter. Hun forklarer, at forskere først så på, hvordan fosfor strømmer gennem produktionsanlægget.

"Vi startede med en model og estimerede strømmen af ​​fosfor i hele det diagramformede anlæg. Derefter bestemte vi, hvor den maksimale koncentration af fosfor forekommer, som vil hjælpe os med at genoprette det økonomisk, " hun siger.

Forskerne var i stand til at genvinde 80% til 90% af fosforet gennem en simpel proces med at øge alkaliniteten af ​​tyndt destillationsmateriale og tilføje calciumchlorid, efterfulgt af omrøring af produktet i fem minutter i en kontinuerlig omrøringsreaktor.

Juneja forklarer, at målet ikke var at fjerne al fosfor, fordi noget skal til som næring i foderet.

"Dyrefoderbehovet for fosfor i DDGS er 3 til 4 milligram pr. gram DDGS. Tidligere, DDGS havde omkring 9 til 10 milligram pr. gram. Så resten var overskydende, som ville komme i gyllen. Vi var i stand til at reducere det til 3,25 milligram pr. gram, som ligger inden for rækkevidden af, hvad dyrene faktisk har brug for."

Fjernelse af fosfor dræner også protein fra DDGS, men Juneja siger, at undersøgelsens genopretningsproces var optimeret for at sikre, at mængden af ​​protein og fosfor tilbage i DDGS blev kalibreret til at opfylde - men ikke overstige - kravene til dyrefoder.

Produktet, der genvindes ved denne procedure, er i form af et fast bundfald eller pasta, som indeholder omkring 60 til 70 % vand. Det kan tørres og til sidst bruges som gødning, selvom undersøgelsen ikke omhandler den proces. Singh siger, at det i øjeblikket bliver testet af forskere i U of I Department of Crop Sciences.

"Vi har tydeligt vist, at man kan genvinde dette fosfor fra et forarbejdningsanlæg, så det ikke går i forskellige biprodukter som dyrefoder, " konstaterer han.

Forskerne vurderede både de tekniske og økonomiske aspekter af genopretningsprocessen. Selvom processorer er nødt til at investere i nyt udstyr for at udføre adskillelsen, der er mulighed for at sælge det genvundne biprodukt som P-gødning til majs og sojabønner.

"Vi lavede den økonomiske analyse af, hvor meget det ville koste at tilføje genvindingssektionen i et eksisterende tørmalingsanlæg:hvor meget det ville koste i form af faste omkostninger; hvor meget det ville koste i form af driftsomkostninger hvert år; og hvordan meget ekstra indtægt kunne genereres ved at producere dette ekstra co-produkt, som kan bruges som gødning eller andre anvendelser, " forklarer Juneja.

"Vi fandt ud af, at den ekstra investering var $5,7 millioner i et eksisterende tørmalingsanlæg, der producerer 40 millioner gallons ethanol om året. Mængden af ​​ekstra indtægt er lidt mindre end en million dollars hvert år, " tilføjer hun.

Planter implementerer i øjeblikket ikke denne praksis, men processorer er meget interesserede i at lære om undersøgelsens resultater, Singh noter.

"De vil gerne vide, hvordan man gør det. Selv blot at give dem information om, hvordan fosfor flyder i deres anlæg, er meget værdifuldt. Og så give dem strategier til at genvinde det; det er også af værdi for dem, " tilføjer han.

Singh siger, at dette er den anden af ​​tre undersøgelser, han og Juneja udfører om fosforgenvinding som en del af INFEWS-projektet.

"Vi ser på tre forskellige raffinaderier i Upper Sangamon Watershed, " siger han. "I dette vandskel, der er mange forskellige forarbejdningsanlæg, fordi Illinois har en masse bønne- og majsbehandling."

Den første undersøgelse så på majs våde formalingsanlæg, hvor majs omdannes til stivelse til fremstilling af majssirup med højt fructoseindhold, og den tredje undersøgelse vil fokusere på sojabønneforarbejdningsanlæg.

Artiklen, "Recovering the phosphorus as a coproduct from corn dry grind plants:A techno-economic evaluation" er udgivet i Kornkemi .

Den første undersøgelse, "Teknisk-økonomisk gennemførlighed af fosforgenvinding som et biprodukt fra majs vådformalingsanlæg, " blev også udgivet i Kornkemi .