바이오매스의 혼합 알코올 연료로의 생체 변환

Bioconversion of biomass to mixed alcohol fuels

바이오매스의 혼합 알코올 연료로의 생체 변환은 MixAlco 프로세스를 사용하여 수행할 수 있습니다.바이오매스를 혼합 알코올 연료로 전환함으로써 바이오매스의 에너지가 효모 발효에 의해 바이오매스를 에탄올로 전환하는 것보다 액체 연료로 남게 됩니다.

이 프로세스에는 생분해성 물질(예: 도시 폐기물, 생분해성 폐기물, 하수 슬러지 등 도시 폐기물), 옥수수 스투버, 사탕수수 바가스, 면 진 쓰레기, 거름 등의 농업 잔류물을 카르본산(예: 아세트산, 프로피온, 부티)과 같은 유용한 화학 물질로 변환하는 생물학적/화학적 방법이 포함됩니다.1차 알코올 혼합물(예: 에탄올, 프로판올, n-부탄올) 및/또는 2차 알코올 혼합물(예: 이소프로판올, 2-부탄올, 3-펜탄올)과 같은 케톤류(예: 아세톤, 메틸에틸에틸케톤, 디에틸케톤)와 바이오 연료.경제적으로 생산될 수 있는 많은 제품들 때문에, 이 과정은 진정한 생물 [1][2][3]기계이다.

파일럿 플랜트(텍사스 주, College Station)

이 과정은 소의 반추, 흰개미 내장, 해양 및 육지 늪과 같은 자연 서식지에서 발견되는 자연 발생 미생물의 혼합 배양물을 사용하여 혐기적으로 바이오매스를 혐기성 및 초생성 단계 동안 생성된 카르본산의 혼합물로 소화합니다, 그러나 t의 억제와 함께.메타노제닉 최종 단계입니다에탄올과 셀룰로오스 에탄올의 생산 방법으로는 바이오매스에 첨가되기 위해 먼저 분리되어야 하는 효소를 사용하고, 따라서 전분이나 셀룰로오스를 단당으로 변환한 다음 효모 발효를 에탄올로 한다.이 과정에는 이러한 미생물이 그들 자신의 [4]것을 만드는 것과 같은 효소를 첨가할 필요가 없다.

미생물은 바이오매스를 혐기적으로 소화시켜 카르본산 혼합물로 전환하므로 pH를 조절해야 한다.이는 완충제(예: 중탄산암모늄, 탄산칼슘)를 첨가하여 이루어지며, 따라서 카르본산염의 혼합물을 생성한다.혐기성 소화의 자연스러운 최종 단계인 메타노제네시스는 암모늄 이온의 존재 또는 억제제(예를 들어 요오드포름)의 첨가에 의해 억제된다.결과적으로 생성된 발효 수프에는 탈수되어야 하는 카르본산염이 포함되어 있습니다.이는 증기 압축 증발을 통해 효율적으로 달성됩니다.그 후 원하는 최종 화학제품 또는 바이오 연료제품에 따라 탈수 발효육수의 추가 화학정제가 이루어질 수 있다.

증기 압축 증발 시스템에서 농축된 증류수는 다시 발효로 재활용됩니다.한편 BOD가 높은 원하수 등 처리가 필요한 폐수를 발효수로 사용하면 증발에 따른 응축 증류수를 도시 또는 고BOD 폐수의 원원으로 재활용할 수 있다.따라서, 이 과정은 귀중한 화학 물질이나 바이오 연료를 생산하면서 수처리 시설의 역할도 할 수 있다.

이 시스템은 효소 첨가가 필요 없을 뿐만 아니라 미생물의 혼합배양을 사용하기 때문에 발효는 살균이나 무균 조건을 필요로 하지 않으며, 셀룰로오스 에탄올 생산을 위한 보다 일반적인 방법보다 공정의 첫 단계를 더 경제적으로 만듭니다.부피가 큰 공정의 프런트 엔드에서 이러한 절감 효과를 통해 부피가 작은 탈수 후 추가적인 화학적 변형을 유연하게 수행할 수 있습니다.

카르본산

상세정보 : 카르본산

카르본산은 "산 스프링"이라고 알려진 과정을 사용하여 카르본산염에서 재생될 수 있습니다.이 과정은 고분자량 3차 아민(예: 트리오크릴아민)을 사용하며, 이는 양이온(예: 암모늄 또는 칼슘)과 전환됩니다.생성된 아민 카르본산염은 열분해되어 아민 자체와 해당 카르본산으로 재활용될 수 있습니다.이 방법에서는 이론적으로 이 [5]단계에서 화학 물질이 소비되거나 폐기물이 생성되지 않습니다.

케톤류

상세정보 : 케톤

케톤을 만드는 방법에는 두 가지가 있다.첫 번째는 카르복실산칼슘염을 해당 케톤으로 열적으로 변환하는 것입니다.이것은 [6]제1차 세계대전 동안 아세트산칼슘으로 아세톤을 만드는 일반적인 방법이었다.케톤을 만드는 다른 방법은 산화 [7]지르코늄의 촉매층 위에서 기화된 카르본산을 변환하는 것이다.

알코올

상세 정보:알코올 연료

일차 알코올

그 동란의 소화되지 않은 잔류물 가스화 수소(H2)을 만드는데 사용될 수 있다.이 H2를high-molecular-weight 술(예:hexanol, heptanol)과(예를 들어, 아세트 산, 프로피온산, 낙산)는 암모늄 carboxylate 염류(예를 들어, 아세트 산 암모늄, 프로피온산, 부티라트)이나 카복실산 향료 또는 중간 염료의 제조 esterifying에 의해 제작되어, 촉매(예:구리 chromite)[8]에 대한 에스테르 hydrogenolyze에 사용될 수 있다.[9]그 수소 중에서 최종 제품은 에스테르화에 재활용은high-molecular-weight 술,고 상응하는 일차 알코올(예를 들어, 에탄올, 프로판올, 부탄올) 있다.

2차 알코올

제2알코올(예:isopropanol, 2-butanol, 3-pentanol)(예:레이니 니켈)해당 케톤류(예를 들어, 아세톤, 메틸 에틸케톤, 디에틸 케톤)는 촉매에 hydrogenating 가져옵니다.[10]

드롭 인 바이오 연료

위에서drop-in 바이오 연료, biogasoline, 녹색은 디젤 및 bio-jet 연료 같은 화석 연료 인프라와 호환되는 연료에 대한 변환 과정을 거칠 것 설명하거나 중등 알코올.이러한 탈수 올리고 머화는 방법으로 뉴질랜드에서 메탄올로부터 가솔린을 생산하기 위해 사용했던methanex 과정에 유사한 제올라이트 촉매제를 사용하여 다음에 그 알코올에서 종속시킴으로써 행해진다.[11]

아세트산과 에탄올

Cellulosic-ethanol 제조 공장 전기의 순 수출 업자들이lignocellulosic은 생물 자원 즉 리그닌,의 큰 부분과 그것에 태워야 한다 소화되지 않은 남는다, 따라서 그리드의 그 식물과 과도한 전기를 위한 전기를 생산하고 있었다.이 시장과 이 기술은, 액체 연료를 결합 및 전기 시장이 점점 더 어려워 질 것이라는 널리 번져 자란다.[표창 필요한]

아세트 산, 에탄올과는 달리, 생물학적으로 단순한 설탕의 탄소 탄소의 생산 없이:생산된다.

CHO6126 → 2CHOH32 + 2CO2
(에탄올의 생물학적 제조)
CHO6126 → 3 CHCOOH3
(초산의 생물학적 제조)

따라서 질량 기준으로는 에탄올 발효보다 수율이 높아집니다.만약 소화되지 않은 잔류물(대부분 리그닌)이 가스화에 의해 수소를 생산하기 위해 사용된다면, 바이오매스의 에너지가 과잉 열/[12]전기가 아닌 액체 연료로 결정될 것이다.

33 CHCOOH + 6 H2 → 3 CHCOH32 + 3 HO2
(초산의 수소화)
CHO6126(셀룰로오스산) + 6H2(리그닌산) → 3CHOH32 + 3HO2
(전체 반응)

각 연료의 경제성에 대한 보다 포괄적인 설명은 알코올 연료 및 에탄올 연료 페이지에 나와 있으며, 다양한 시스템의 경제성에 대한 자세한 정보는 중앙 페이지의 바이오 연료에서 확인할 수 있습니다.

개발 단계

이 시스템은 1991년부터 개발되어 2001년 실험실 규모(10g/일)에서 파일럿 규모(200lb/일)로 전환되었다.소규모 시연 규모 공장(5톤/일)이 건설되어 가동 중이며, 2012년에는 220톤/일 시연 공장이 건설될 예정이다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 고급 바이오매스 정유 – 제3세대 2007 (비디오)2010년 7월 1일 Wayback Machine에서 아카이브 완료
  2. ^ 프로세스에 관한 EPA 프레젠테이션[영구 데드링크]
  3. ^ 어플
  4. ^ F.K. Agbogbo, M.T. Holtzapple (23 August 2005). "Fixed-bed fermentation of rice straw and chicken manure using a mixed culture of marine mesophilic microorganisms". Bioresource Technology. 98 (8): 1586–1595. doi:10.1016/j.biortech.2006.06.021. PMID 16962320.
  5. ^ 윌리엄슨, S.A. 2000카르본산염의 반응 증류를 통한 카르본산으로의 전환.M.S. 논문
  6. ^ 네, H. 2002년카르본산염의 열분해 분해.석사 학위 논문
  7. ^ 잉그램, D. 2002아세트산의 케톤화.B.S. 학생 보고서
  8. ^ 브래들리, M.W., 해리스, 노스, 터너, K. 1982.카르본산에스테르 WO 82/03854의 수소분해 과정, 2011년 11월
  9. ^ 암모늄염과 알코올의 반응에 의한 에스테르 제조.
  10. ^ 올드레트 리, S. 2000기액 질량 전달에 중점을 둔 액체 케톤의 촉매 수소화.박사 학위 논문
  11. ^ "Production of gasoline from methanol" (PDF). Archived from the original (PDF) on 1 December 2012. Retrieved 27 November 2010.
  12. ^ Egeman, T., Verser, D. 및 Weber, E.(2005), 미국 에너지부 에탄올 생산 간접 경로