211service.com
Zastosowanie wody w stanie nadkrytycznym może obniżyć koszty etanolu
Renmatix , start-up z siedzibą w Kennesaw w stanie Georgia, wykorzystuje wodę pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze do przekształcania wiórów drzewnych w cukier, który następnie może być sfermentowany w celu wytworzenia biopaliw i innych chemikaliów. Firma twierdzi, że dzięki temu procesowi można wyprodukować cukier za taką samą cenę, jak produkcja z trzciny cukrowej, co doprowadziło do opłacalnej produkcji biopaliw w Brazylii.
Super konwerter: Worek zmielonych wiórów drzewnych zasila system, który przetwarza drewno w cukier przy użyciu wody w stanie nadkrytycznym w zakładzie demonstracyjnym Renmatix w Gruzji.
Renmatix zajmuje się najtrudniejszym etapem produkcji etanolu z powszechnie występujących materiałów celulozowych, takich jak wióry drzewne, zamiast z kukurydzy lub upraw cukrowych. Po wyprodukowaniu cukru można wykorzystać tę samą technologię, jaką stosuje się w konwencjonalnej wytwórni etanolu z kukurydzy lub trzciny cukrowej, do produkcji etanolu.
Jak dotąd Renmatix zademonstrował tę technologię tylko na małą skalę, wykorzystując zakład, który może przetwarzać trzy tony zrębków dziennie. Podobnie jak w przypadku wszystkich zaawansowanych firm biopaliwowych, jednym z największych wyzwań będzie przekonanie inwestorów do przekazania pieniędzy potrzebnych do budowy większego obiektu komercyjnego, aby udowodnić, że przedsięwzięcie jest opłacalne. Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska została zmuszona do odstąpienia od wymagań dotyczących etanolu celulozowego, ponieważ nie zbudowano jeszcze komercyjnych instalacji do przetwarzania materiału celulozowego w etanol. Obniżając koszty produkcji cukru z materiałów celulozowych, Renmatix ma nadzieję wreszcie przełamać ten zator.
Naukowcy i firmy wypróbowały wiele metod przekształcania celulozy w cukier. Niektóre polegają na rozkładaniu biomasy za pomocą kwasów lub specjalnie dostosowanych enzymów. Inne obejmują wykorzystanie ciepła i ciśnienia do przekształcenia biomasy w wodór i tlenek węgla, które można przekształcić w biopaliwo przy użyciu katalizatorów nieorganicznych. Każda metoda ma wady: enzymy są drogie; kwasy są toksyczne. Oba procesy są powolne i wymagają drogiego sprzętu. Procesy, w których stosuje się wysokotemperaturowe i nieorganiczne katalizatory, mają również stosunkowo niskie wydajności pożądanych paliw.
Zamiast enzymów lub kwasów Renmatix wykorzystuje wodę w stanie nadkrytycznym — wodę o bardzo wysokich temperaturach i ciśnieniu. W tych warunkach celuloza rozpuści się i bardzo szybko rozpadnie się na cząsteczki cukru. Reakcje trwają kilka sekund, w porównaniu do dni w przypadku niektórych innych procesów. Ze względu na dużą szybkość reakcji, stosunkowo niewielka ilość sprzętu może wytworzyć dużą ilość cukru, zmniejszając koszty kapitałowe. Mniejsze urządzenia mogłyby również umożliwić dystrybucję produkcji biopaliw, a tym samym obniżyć koszty transportu biomasy.
Dostawa cukru: Pracownik firmy Renmatix pompuje cukier wyprodukowany w nowym procesie firmy w stanie nadkrytycznym do pojemnika magazynowego.
Jednak praca z wodą w stanie nadkrytycznym wiąże się z wyzwaniami. Materiały, które można stosować z wodą w stanie nadkrytycznym, są ograniczone — na przykład rozpuści szkło. Niezwykle szybkie reakcje utrudniają również zapewnienie, że chemia nie posunie się za daleko i nie wytworzy niepożądanych produktów ubocznych. W poprzednich próbach woda w stanie nadkrytycznym odwodniła część produkowanego cukru, co doprowadziło do powstania związków, które mogą zatruwać drożdże używane do przekształcania cukru w etanol. Zazwyczaj proces daje również stosunkowo niewielką ilość cukru z danej ilości biomasy.
Fred Moesler, wiceprezes Renmatix ds. technologii procesowych, mówi, że firma przezwyciężyła te problemy. Firma nie powiedziała, jak to robi, ale Gary Aurand, naukowiec z University of Iowa, który jest zaznajomiony z firmą od jej początków (kiedy była znana jako Sriya Innovations), sugeruje, że firma może używać nadkrytycznych woda tylko w części jej procesu.
Przekształcenie biomasy w cukier przy użyciu wody w stanie nadkrytycznym polega najpierw na rozdrobnieniu biomasy na małe cząstki, a następnie rozpuszczeniu celulozy w wodzie. Bez jej rozpuszczenia, tylko cząsteczki celulozy na powierzchni cząstek zostaną rozbite, co skutkuje niską produkcją cukru. Po rozpuszczeniu celulozy dalsza ekspozycja na wysokie temperatury i ciśnienie spowoduje rozbicie cząsteczek celulozy na cukier.
Aurand mówi, że woda musi być tylko w stanie nadkrytycznym na etapie rozpuszczania. Gdyby Renmatix mógł opracować system do przenoszenia rozpuszczonego materiału do obszaru o niższej temperaturze i ciśnieniu, mógłby spowolnić proces rozkładania celulozy na cukier, zapobiegając tworzeniu się niepożądanych związków.
Wszystko, co powiedział Renmatix, to to, że rozkłada celulozę i podobny materiał, hemicelulozę, w dwóch etapach. Rozkład celulozy wytwarza glukozę, cukier, który drożdże mogą łatwo wykorzystać do produkcji etanolu. Rozkład hemicelulozy wytwarza inny cukier zwany ksylozą, który nie działa w konwencjonalnej fermentacji, ale który może być wykorzystany w niektórych zaawansowanych procesach biopaliw i biochemii. Ekonomika procesu będzie zależeć od rynku ksylozy.
Renmatix zebrał część pieniędzy na fabrykę zdolną do produkcji 100 000 ton cukru rocznie – wystarczająco dużą, aby pokazać, że proces ma potencjał komercyjny, mówi. Ale firma wciąż pracuje nad uzyskaniem kredytów potrzebnych do dalszego rozwoju. W przeszłości wykorzystywanie wody w stanie nadkrytycznym do przetwarzania biomasy było postrzegane jako nieekonomiczne, więc nakłonienie banków do podpisania umowy może okazać się trudne. Niewiele wiadomo o technologii, mówi Andy Aden , kierownik analiz biorafineryjnych w National Renewable Energy Laboratory w Golden, Colorado. Opierając się na wcześniejszych obliczeniach, mówi, że prawdopodobnie będzie to kosztowne.