Bardziej energooszczędny etanol

Wytwarzanie etanolu z kukurydzy jest procesem energochłonnym, wymagającym paliw kopalnych do uprawy i zbioru kukurydzy oraz do zasilania zakładu produkcyjnego. Aby uczynić ten proces bardziej energooszczędnym, naukowcy z Washington University proponują zapożyczenie procesu stosowanego w browarach i oczyszczalniach ścieków: beztlenowych kadziach bakterii, które naturalnie żywią się odpadami organicznymi wytwarzanymi w procesie fermentacji.

Gdy bakterie rozkładają odpady, uwalniają metan, który może być kierowany z powrotem przez system, aby pomóc zasilić elektrownię. Proces wymaga niewielkiej ilości dodatkowej energii do działania i może dodatkowo obniżyć koszty energii, wytwarzając własną moc. Largus Angenent, profesor inżynierii chemicznej, i jego zespół z Washington University przetestowali fermentację beztlenową odpadów z zakładów produkujących etanol i odkryli, że proces ten może zmniejszyć zużycie gazu ziemnego przez zakłady produkujące etanol o 50 procent. Zespół opublikował wyniki w ostatnim numerze czasopisma Nauka o środowisku i technologia .

Angenent twierdzi, że proces ten służyłby jako rozwiązanie krótkoterminowe, dopóki bardziej wydajne biopaliwo, takie jak etanol celulozowy, nie będzie opłacalne. Zamiast mieć nadzieję na nową technologię, która pojawi się za 10 lub 20 lat, potrzebujemy technologii, którą możemy wdrożyć teraz, mówi Pośrednik , który niedawno został adiunktem inżynierii biologicznej i środowiskowej na Cornell University. Jest to proces przejściowy i jest gotowy do użycia.

Prawie wszystkie biopaliwa etanolowe w Stanach Zjednoczonych są wytwarzane z kukurydzy. Zazwyczaj produkcja etanolu daje odpady organiczne, które są następnie konsolidowane w dwie części: suchą, podobną do ciasta substancję i syropowaty roztwór, zwany cienkim wywarem gorzelniczym, który jest nakładany na wierzch. Mikstura służy jako pasza dla zwierząt. Angenent twierdzi, że duża porcja tej paszy, szczególnie rzadki wywar gorzelniany, który jest obciążony solami, zapewnia niską wartość odżywczą, ale może mieć wysoki potencjał energetyczny do zasilania rośliny w przypadku rozkładu w wyniku fermentacji beztlenowej.

Aby przetestować tę teorię, naukowcy wyhodowali termofilne bakterie z oczyszczalni ścieków w dwóch małych, pięciolitrowych komorach beztlenowych. Następnie Angenent i jego koledzy powoli zaczęli podawać próbki odpadów do komór fermentacyjnych, które utrzymywano w temperaturze 55 °C, aby zmaksymalizować aktywność bakterii. Podczas pracy komór fermentacyjnych zespół mierzył ilość uwolnionego metanu.

Jednak wstępne testy wykazały, że proces ten wytwarza bardzo mało metanu. Angenent domyślił się, że systemowi może brakować istotnego składnika, ale nie był pewien, co to może być. Tak więc zespół zagłębił się w literaturę naukową i odkrył, że bakterie wytwarzające metan wymagają pewnych pierwiastków śladowych, aby rozpocząć ten proces – szczególnie kobaltu.

Kiedy Angenent dodał kobalt do mieszanki, wspomina, było to niewiarygodne. W ciągu nocy proces został wznowiony. W testach laboratoryjnych średnia wydajność dała ćwierć litra metanu na gram odpadów wprowadzanych do komory fermentacyjnej. Angenent wylicza, że ​​ta liczba, przeskalowana do poziomu produkcji przemysłowej, zmniejszyłaby ilość gazu ziemnego potrzebnego do zasilania elektrowni etanolu o 50 procent.

W badanie 2006 , naukowcy z University of Minnesota obliczyli całkowitą ilość energii zużywanej do produkcji etanolu, od tego, ile kosztuje budowa i eksploatacja ciągników, po ile kosztuje zasilanie elektrowni biopaliwowej. Odkryli, że etanol dostarcza zaledwie 26% więcej energii niż jest zużywane do jego produkcji.

Kiedy Angenent wprowadził wyniki swojego procesu do modelu Minnesota, odkrył, że produkcja energii wzrosła do 70 procent, co oznacza, że ​​fermentacja beztlenowa znacznie zwiększa wartość energetyczną biopaliwa etanolowego. Angenent mówi, że procent może się nieznacznie zmienić w rzeczywistym scenariuszu, jeśli zakłady produkujące etanol zdecydują się zainstalować komory fermentacyjne beztlenowe.

Jeśli umieścisz komorę fermentacyjną, masz dużo płynu, który musi zostać zawrócony z powrotem do systemu, a to spowodowałoby zmiany w całym zakładzie, mówi Angenent. Więc ktoś będzie musiał przeprowadzić badanie, aby dowiedzieć się, czym naprawdę jest ten bilans energetyczny netto.

Douglas Tiffany , pracownik naukowy z University of Minnesota i współautor badania z 2006 r., mówi, że obsługa komór fermentacyjnych beztlenowych w zakładach produkujących etanol może być wyzwaniem, ponieważ wymaga wiedzy specjalistycznej, aby utrzymać stabilną społeczność bakteryjną w wysokich temperaturach i uniknąć awarii systemu. Jeśli jednak te problemy zostaną rozwiązane, mówi Tiffany, proces może poprawić potencjał energetyczny i środowiskowy etanolu.

Możemy radykalnie ulepszyć te istniejące zakłady produkujące etanol z kukurydzy i zredukować gazy cieplarniane znacznie bardziej niż obecnie, mówi Tiffany. Ten proces jest atrakcyjny, ponieważ jest podejściem niskoenergetycznym i niskokapitałowym. Potrzeba będzie kilku [producentów etanolu], żeby nadstawiali karku, żeby go wypróbować, ale kiedy już się to stanie w wielu roślinach, powinno to całkiem nieźle zadziałać.

ukryć