En forenklet ny proces omdanner træaffald fra landbrug og skovforvaltning til ethanol

Afhængighed af petroleumsbrændstoffer og rasende naturbrande:To separate, store udfordringer, der kunne løses ved et videnskabeligt gennembrud.

Hold fra Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) og Sandia National Laboratories har samarbejdet for at udvikle en strømlinet og effektiv proces til omdannelse af træagtig plantemateriale som skovovervækst og landbrugsaffald - materiale, der i øjeblikket brændes enten forsætligt eller utilsigtet - til flydende biobrændstof. Deres forskning blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet ACS Bæredygtig kemi og teknik .

"Ifølge en nylig rapport, i 2050 vil der hvert år være 38 millioner tons tør træet biomasse tilgængelig, gør det til en usædvanlig rigelig kulkilde til produktion af biobrændstoffer, "sagde Carolina Barcelos, en senior procesingeniør ved Berkeley Labs Advanced Biofuels and Bioproducts Process Development Unit (ABPDU).

Imidlertid, bestræbelser på at omdanne træagtig biomasse til biobrændstof forhindres typisk af træets iboende egenskaber, der gør det meget svært at nedbryde kemisk, tilføjede ABPDU forsker Eric Sundstrom. "Vores to undersøgelser beskriver en billig konverteringsvej for biomassakilder, der ellers ville blive brændt i marken eller i skråstabler, eller øge risikoen og sværhedsgraden af ​​sæsonbetonede naturbrande. Vi har evnen til at omdanne disse vedvarende kulkilder fra luftforurening og brandfarer til et bæredygtigt brændstof. "

I en undersøgelse ledet af Barcelos og Sundstrom, forskerne brugte giftfri kemikalier, kommercielt tilgængelige enzymer, og en specielt konstrueret gærstamme til at omdanne træ til ethanol i en enkelt reaktor, eller "gryde". Desuden, en efterfølgende teknologisk og økonomisk analyse hjalp teamet med at identificere de nødvendige forbedringer, der kræves for at nå ethanolproduktion til $ 3 pr. benzin gallonækvivalent (GGE) via denne konverteringsvej. Arbejdet er den første ende-til-ende-proces til ethanolproduktion fra træbiomasse nogensinde med både høj konverteringseffektivitet og en enkel one-pot-konfiguration. (Som enhver kok ved, one-pot opskrifter er altid lettere end dem, der kræver flere gryder, og i dette tilfælde, det betyder også lavere vand- og energiforbrug.)

I et supplerende studie, ledet af John Gladden og Lalitendu Das ved Joint BioEnergy Institute (JBEI), et team finjusterede one-pot-processen, så den kunne konvertere californisk træbaseret biomasse-såsom fyr, mandel, valnød, og granrester - med samme effektivitetsniveau som eksisterende metoder, der bruges til at konvertere urteagtig biomasse, også når input er en blanding af forskellige træsorter.

"Fjernelse af træagtig biomasse fra skove, ligesom de tilgroede fyrretræer i Sierra, og fra landbrugsområder som mandelplantager i Californiens Central Valley, vi kan løse flere problemer på én gang:katastrofale naturbrande i brandfarlige stater, farer for luftforurening ved kontrolleret afbrænding af afgrøderester, og vores afhængighed af fossile brændstoffer, "sagde Das, en postdoktor ved JBEI og Sandia. "Oven i købet, vi ville reducere mængden af ​​kulstof til atmosfæren betydeligt og skabe nye arbejdspladser i bioenergiindustrien. "

Ethanol bruges allerede som et emissionsreducerende tilsætningsstof i konventionel benzin, typisk udgør omkring 10% af den gas, vi pumper ind i vores biler og lastbiler. Nogle specialkøretøjer er designet til at køre på brændstof med højere ethanolsammensætninger på op til 83%. Ud over, den ethanol, der genereres fra plantebiomasse, kan bruges som ingrediens til fremstilling af mere komplekse diesel- og jetbrændstoffer, som er med til at afkarbonisere de vanskeligt elektrificerede luftfarts- og fragtsektorer. I øjeblikket, den mest almindelige kilde til biobaseret ethanol er majskerner-et stivelsesholdigt materiale, der er meget lettere at nedbryde kemisk, men kræver jord, vand, og andre ressourcer at producere.

Disse undersøgelser indikerer, at træagtig biomasse effektivt kan nedbrydes og omdannes til avanceret biobrændstof i en integreret proces, der er konkurrencedygtig med stivelsesbaseret majsetanol. Disse teknologier kan også bruges til at producere "drop-in" biobrændstoffer, der er kemisk identiske med forbindelser, der allerede findes i benzin og diesel.

De næste trin i denne indsats er at udvikle, design, og implementere teknologien i pilotskalaen, som er defineret som en proces, der omdanner et ton biomasse om dagen. Berkeley Lab -teams arbejder med Aemetis, en avanceret virksomhed til vedvarende brændstoffer og biokemikalier baseret i Bay Area, at kommercialisere teknologien og lancere den i større skala, når pilotfasen er færdig.