211service.com
Wytwarzanie etanolu z wiórów drzewnych
Eksperymentalne metody przetwarzania zrębków i trawy w etanol zostaną wkrótce przetestowane na skalę produkcyjną. Mascoma Corporation , z siedzibą w Cambridge w stanie Massachusetts, buduje obiekty demonstracyjne, które będą w stanie wyprodukować około pół do dwóch milionów galonów etanolu rocznie z biomasy odpadowej. Startup niedawno otrzymał 30 milionów dolarów kapitału podwyższonego ryzyka, co napędza jego plany rozwoju.
Badania Lee Lynda, profesora inżynierii w Dartmouth College i współzałożyciela Mascoma Corporation, pomagają obniżyć koszty produkcji etanolu ze źródeł celulozowych, takich jak łodygi kukurydzy i wióry drzewne.
Chociaż Mascoma nie osiągnęła swojego ostatecznego celu, jakim jest wykorzystanie jednego genetycznie zmodyfikowanego organizmu do przetwarzania zrębków drzewnych i innych surowców celulozowych w etanol, firma opracowała genetycznie zmodyfikowane bakterie, które mogą przyspieszyć część procesu produkcji etanolu. Zoptymalizowany proces jest wystarczająco obiecujący, aby zainwestować w rozwój technologii, mówi Colin South, prezes Mascoma.
Ziarno kukurydzy, obecne źródło etanolu w Stanach Zjednoczonych, wymaga do produkcji dużych ilości ziemi i energii. To, wraz z zapotrzebowaniem na kukurydzę jako żywność, ogranicza całkowitą ilość etanolu, który można wyprodukować z kukurydzy do około 15 miliardów galonów rocznie – około trzy razy więcej niż obecnie. Jeśli paliwo ma zastąpić znaczną część 140 miliardów galonów benzyny zużywanej każdego roku w Stanach Zjednoczonych, producenci etanolu będą musieli sięgnąć po biomasę, taką jak zrębki drzewne i proso rózgowe. Zasoby te są tańsze i potencjalnie znacznie bardziej obfite i można je przekształcić w etanol znacznie wydajniej niż kukurydza, ponieważ wymagają mniej energii do wzrostu (patrz Przeprojektowanie życia, aby wytworzyć etanol ).
Rzeczywiście, etanol z takich źródeł mógłby zastąpić bardzo dużą część benzyny używanej obecnie w pojazdach, mówi Gregory Stephanopoulos, profesor inżynierii chemicznej w MIT. Mówi, że niektórzy eksperci szacują, że dzięki zwiększeniu wydajności i wysokim uzyskom etanolu cała benzyna w transporcie mogłaby zostać zastąpiona; najbardziej ostrożne szacunki mówią, że około 20 proc. można by wymienić. Mając nadzieję na wykorzystanie tego potencjału, kilka firm, w tym Celunol , w Dedham, MA; Iogen , w Ottawie w Kanadzie, która posiada istniejącą fabrykę na skalę demonstracyjną i planuje zwiększyć skalę do produkcji komercyjnej; i Krajowe Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL), w Golden, CO – pracują nad opracowaniem lepszej technologii wytwarzania etanolu celulozowego.
Pomimo swojego potencjału wytwarzanie etanolu celulozowego jest dziś drogie. Wymaga droższego sprzętu i większej liczby etapów przetwarzania niż wytwarzanie etanolu z ziarna kukurydzy. Podczas gdy zarówno kukurydza, jak i etanol celulozowy powstają w wyniku fermentacji cukru, przekształcenie skrobi z ziarna kukurydzy w cukier jest znacznie łatwiejsze niż przekształcenie złożonej celulozy w łodygi kukurydzy lub biomasę, taką jak zrębki drzewne. Aby uprościć proces i obniżyć koszty, wielu badaczy ma ostatecznie nadzieję na zaprojektowanie jednego organizmu, który może zarówno rozkładać celulozę, jak i przekształcać powstałe cukry w etanol. Ale badania już ulepszają części tego procesu. Na przykład naukowcy stworzyli koktajl enzymów do przekształcania celulozy w cukier, który jest sto razy tańszy niż poprzednie metody, mówi George Douglas, rzecznik NREL.
Mascoma koncentruje się na ulepszaniu pierwszych etapów procesu – wstępnej obróbce surowców i przekształcaniu celulozy w cukry – które według South są kluczem do obniżenia kosztów. W konwencjonalnym etapie obróbki wstępnej materiały takie jak zrębki drewniane są moczone w rozcieńczonym roztworze kwasu siarkowego, a następnie podgrzewane. To niszczy złożone struktury ligniny, które tworzą osłonę wokół celulozy, mówi Charles Wyman, współzałożyciel Mascoma i profesor inżynierii chemicznej i środowiskowej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside. Badania Wymana przeanalizowały mechanizmy zaangażowane w ten proces, pomagając firmie zoptymalizować ten krok. Mascoma opracowała również technologię ulepszania następnego kroku: rozkładania obecnie dostępnej celulozy na cukry przy użyciu enzymów wytwarzanych przez organizmy. W dalszej części procesu cukry te są fermentowane w celu wytworzenia etanolu.
Wyman szacuje, że technologia firmy może produkować etanol po mniej więcej takich samych kosztach, jak produkcja etanolu z kukurydzy, a ostatecznie za mniej pieniędzy. Byłaby to znacząca poprawa w stosunku do innych technologii. Na przykład analiza kosztów w pilotażowym zakładzie NREL sugeruje, że wytworzenie etanolu celulozowego kosztowałoby ponad dwa dolary za galon – około dwa razy więcej niż wytworzenie etanolu z kukurydzy. Ale nawet naukowcy NREL są pewni, że koszty te zostaną obniżone o połowę i pokryją koszty etanolu z kukurydzy w ciągu sześciu lat, mówi Douglas.
Jednak produkcja etanolu w ilości wystarczającej do zastąpienia znacznej części zużywanej benzyny to jeszcze wiele lat. Będzie to wymagało dalszej poprawy zarówno technologii, jak i procesów przemysłowych, w tym wyzwań związanych z obsługą dużych ilości biomasy wielkogabarytowej. Zdecydowanie jeszcze nas tam nie ma, mówi Stephanopoulos z MIT. Dzisiejsze procesy są wyraźnie nieekonomiczne.
Ale Douglas mówi, że naukowcy są optymistyczni, że dalsze finansowanie i zastosowanie nowych narzędzi umożliwi rozpowszechnienie etanolu celulozowego: ścieżki są całkiem jasne.