바이오리모터

Biorefinery
데비 스타브노우가 알페나 바이오레퍼를 방문했습니다.

생물 정련소는 바이오매스를 에너지 및 기타 유익한 부산물(예: 화학 물질)로 변환하는 정제소입니다.국제 에너지 기구 바이오 에너지 태스크 42는 바이오 에너지(식품, 사료, 화학, 재료)와 바이오 에너지(바이오 연료, 전력 및/또는 열)[1]의 스펙트럼으로 바이오매스를 지속 가능한 처리"라고 정의했다.정제소로서 바이오레핀은 초기 원료(바이오매스)를 여러 중간체(탄수화물, 단백질, 트리글리세리드)로 분류하여 여러 개의 화학물질을 제공할 수 있으며, 이러한 중간체는 부가가치 [2]제품으로 더욱 전환될 수 있습니다.각 정제 단계를 "캐스케이딩 단계"[3][4]라고도 합니다.바이오매스를 공급원료로 사용하면 오염물질 배출량을 줄이고 유해물질 [5]배출량을 줄일 수 있어 환경에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다.또한 바이오레파리는 다음과 같은 [6]목표를 달성하기 위한 것입니다.

  1. 현재 연료 및 화학 구성 요소를 공급합니다.
  2. 파괴적인 특성을 가진 신규 재료 생산을 위한 새로운 구성 요소 공급
  3. 농촌을 포함한 새로운 일자리 창출
  4. 폐기물(농업, 도시, 산업 폐기물)의 밸로라이제이션
  5. 온실가스 감축이라는 궁극적인 목표 달성

생체기계 분류

바이오리모터의 활성에 대한 화학도

바이오레파리는 다음 4가지 [7]주요 특징으로 분류할 수 있습니다.

  1. 플랫폼: 원료와 최종 제품 사이의 주요 중간체를 말합니다.가장 중요한 매개체는 다음과 같습니다.
  2. 제품:바이오레파리는 에너지 또는 비에너지 제품의 바이오매스 전환에 따라 크게 두 가지 범주로 분류할 수 있다.이 분류에서는 주요 시장을 식별해야 한다.
    • 에너지 구동식 바이오 기계 시스템:주요 생산물은 바이오 연료, 전력 및 열로서 두 번째 에너지 운반체이다.
    • 재료 구동식 바이오 기계 시스템:주요 제품은 바이오 기반 제품이다.
  3. 공급 원료:전용 사료 원료(당류, 전분류, 리그노셀룰로오스 작물, 석유계 작물, 풀, 해양 바이오매스) 및 잔류물(유지계 잔류물, 리그노셀룰로오스 잔류물, 유기 잔류물 등)
  4. 프로세스:바이오매스를 최종 제품으로 변환하는 전환 과정:
    • 기계/물리:바이오매스 성분의 화학적 구조가 보존되어 있다.이 작업에는 프레스, 밀링, 분리, 증류 등이 포함됩니다.
    • 생화학:저온 및 저압 하에서 미생물 또는 효소를 사용하는 공정.
    • 화학적 처리:외부 화학 물질(예: 가수 분해, 에스테르 변환, 수소화, 산화, 펄핑)의 작용에 의해 기질이 변화합니다.
    • 열화학:공급 원료에 심각한 조건이 적용됩니다(촉매 유무에 관계없이 고압 및 고온).

상기 특성은 다음 방법에 따라 생물 제련 시스템을 분류하는 데 사용됩니다.

  1. 공급원료, 프로세스에 포함된 주요 기술, 플랫폼 및 최종 제품 식별
  2. 1단계에서 식별한 피쳐를 사용하여 정제소의 도면을 그립니다.
  3. 플랫폼 수, 제품 수, 공급 원료 수, 공정 수 등을 인용하여 정제 시스템에 라벨을 붙인다.
  4. 특정된 기능과 내부 에너지 수요의 원천을 표로 자세히 설명합니다.

분류의 예는 다음과 같습니다.

바이오모터 시스템의 경제적 타당성

(a) 생화학적 변환 기술을 갖춘 가동, 계획 및 건설 중인 셀룰로오스계 생물공정의 수 (b) 식물의 전세계 분포 및 (c) 2015년 현재 공급원료로 옥수수, 밀, 쌀, 보리 및 사탕수수 잔류물의 점유율

기술-경제 평가(TEA)는 기술 또는 프로세스가 경제적으로 매력적인지 여부를 평가하는 방법론입니다.TEA 연구는 사탕수수 공장, 바이오디젤 생산, 펄프 및 제지 공장 등 다양한 생산 시스템에서 바이오리듬 개념의 성능과 산업 및 도시 고체 폐기물 처리에 대한 정보를 제공하기 위해 개발되었습니다.

이후 사탕수수 버개스는 실현 가능한 공급 원료 연료와 화학 물질을 생산하는 것은 biorefinery 개념 구현될 수 있Bioethanol 식물과 사탕수수 공장이 확립된 과정;[8]lignocellulosic 바이오 에탄올(2G)브라질에서 40및 84Ml/y(Brazi의 생산 능력의 약 0.4%의 저장 용량이 두 식물에서 생산된다.l=.[9]바가스의 약한 액화 및 당화 및 동시 발효를 이용한 에탄올 생산의 TEA는 최소 판매가격이 50.38~62.72 US cents/L로 [10]시장가격과 맞먹는다.사탕수수 리그노셀룰로오스(바가스 및 수확 잔류물)로부터 자일리톨, 구연산 및 글루탐산의 생산을 전기와 결합하여 [11]평가하였다. 세 개의 생물연마 시스템은 남아프리카 공화국의 기존 제당소에 부속되는 것으로 시뮬레이션되었다.자일리톨과 글루탐산의 생산은 내부수익률(IRR)이 12.3%, 31.5%로 베이스 케이스의 IRR(10.3%)을 상회하는 경제성을 보였다.마찬가지로, 에탄올, 젖산이나 사탕수수 버개스 연소를 메탄올과ethanol-lactic 산성의 생산, 연구한[12]젖산을 보여 줄 경제적으로 매력적으로 보여 주면서 위대한 그물 현재 가치(M$ 476–1278)에 같은, 생산의 에탄올과 젖산으로 co-product다 발견된 유리한 scenari.o(이 산이 제약, 화장품, 화학 및 식품 산업에 적용되기 때문에 순 현재 가치 165~718 M$).

바이오디젤 생산에 관해서는 바이오머신 시스템을 통합하여 잔류 바이오미스와 폐기물을 바이오 연료, 열,[13] 전기 및 바이오 기반 녹색 제품으로 전환할 가능성도 있습니다.바이오 디젤 생산에 글리세롤은 주요 co-product과 귀중한 제품으로chemocatalytic 기술을 통해 바뀔 수 있으나 글리세롤의 젖산, 아크릴, 알릴 알코올, propanediols, 글리세롤 탄산의 생산을 위해서 물가 안정책 평가될 때;[14]모든 글리세롤 물가 안정책에 있을 profitable, 보여 주었다. being 글리세롤 탄산염의 제조에 가장 매력적이다.비록 이들의 구현 a대표 팜 빈 과일 송이(EFB) 야자 oil/biodiesel 산업, 이런 잔해의 에탄올은 열과 힘으로 전환, 소 사료에서 풍부한lignocellulosic 잔류성 연구 감소 경제적 이익을 보여 아래techno-economic principles,[15]은 시나리오에 따라, 평가를 받았다 빨간.기존 바이오디젤 생산과 비교하여 환경에 미치는 영향(변화와 화석 연료 고갈)에 대한 영향.유동층을 이용한 고속 열분해로 EFB에서 바이오오일 생산의 경제성을 [16]연구한 결과, EFB에서 잠재적으로 0.47달러/kg의 제품가치로 생산될 수 있으며 투자수익률은 각각 3.2년, 21.9%이다.바이오 연료와 생화학 생산을 위한 실행 가능한 경로로서의 미세 조류와 자트로파의 통합은 아랍에미리트([17]UAE) 맥락에서 분석되었다.세 가지 시나리오가 검토되었다; 모든 시나리오에서 바이오디젤과 글리세롤이 생산되었다; 첫 번째 시나리오에서는 바이오가스와 유기 비료가 자트로파 과일 케이크와 씨드 케이크의 혐기 발효에 의해 생산되었다; 두 번째 시나리오에서는 바이오디젤을 생산하기 위해 자트로파 및 미세 조류에서 지질 생산되고, 동물 사료 생산,바이오가스와 유기 비료; 세 번째 시나리오는 최종 산물로 수소와 동물 사료뿐만 아니라 바이오디젤 생산을 위한 미세 조류로부터의 지질 생산을 포함한다; 첫 번째 시나리오만 수익성이 있었다.

펄프 및 제지 산업에 관해 리그닌은 천연 고분자로,[18] 일반적으로 공정에서 에너지 수요를 충족시키기 위해 열 또는 증기를 발생시키기 위해 보일러 연료로 사용됩니다.리그닌은 사용 가능한 리그노셀룰로오스 바이오매스의 10~30 중량%를 차지하며 에너지 함량의 약 40%에 해당하기 때문에 생물 제분소의 경제성은 리그닌을 부가가치 연료 및 [19]화학 물질로 변환하는 비용 효율적인 프로세스에 의존합니다.기존 스웨덴 크래프트 펄프 공장의 용해 펄프, 전기, 리그닌, hemicellulose의 생산 전환은, 리그닌 분리 공장 통합의 증기의 관점에서[20]이고 과도한 증기의 생산량은 중요한 요인;이것은 사실의 digester을 보존하기 위해 업그레이드되어야 한다 연구되어 왔다.월e 전환 총 투자 비용의 70%를 차지합니다.용도 변경 또는 공동 배치된 크래프트 밀에서 소프트우드로부터 바이오 에탄올을 생산하기 위한 크래프트 공정의 사용 가능성에 [21]대해 연구되었으며, 설탕 회수율이 60% 이상이면 소프트우드로부터 에탄올을 생산하기 위한 공정 경쟁력을 갖출 수 있습니다.반면 결과 술인 용해성 리그닌 것과 디메틸 에테르에 정제된 gasified 크라프트 펄프 공장은 에탄올과 디 메틸 에테르를 생산하기의 재배치, 그 과정에서[22], 섬유소에 의해 위한 알칼리성 그리고 사전 처리하고 에탄올을 생산하기 위해서 발효된 가수 분해물은 분리되다면, 그 과정 악마 조사를 받은 것이.공백이고온 효용(증기) 수요 측면에서는 자급자족할 수 있지만, 전기 부족이 있다. 이 과정은 경제적으로 실현 가능하지만 바이오 연료 가격 개발에 크게 의존하고 있다.리그닌에서 카테콜 생산을 위한 사회적이고 경제적exergetic 평가 사업 타당성 여부를 결정하기 위해;[23]은 결과는 총 자본 투자는 4.9M$는 공급 원료의 2,544 kg/d의 공장 능력 기준으로 보여 줬다; 만들어졌고 게다가, 카테콜 가격에 1,100달러 /t고 물가 안정책 비율는 버릇이 있었던 것으로 추정되고 실시되었다. 3.02.

폐바이오매스의 높은 발생은 가치 있는 제품으로 전환하기 위한 매력적인 원천이며, 가치 있는 제품의 폐기물 흐름을 개선하기 위한 몇 가지 바이오기계 경로가 제안되어 왔다.바나나 껍질(Musa x paradisiaca)에서 바이오가스를 생산하는 것은 바이오가스를 비롯한 에탄올, 자일리톨, 신가스, 전기를 포함한 공동생산이 가능하기 때문에 약속된 대안이며, 이 공정은 또한 높은 생산 [24]규모에 높은 수익성을 제공한다.유기성 폐기물 혐기성 소화와 다른 혼합 배양 혐기성 발효 기술의 통합에 대한 경제적 평가를 [25]연구하였다. 가장 높은 이익은 아세트산과 낙산의 분리 및 정제(식품 폐기물 47 US/t)를 통해 식품 폐기물의 암발효를 통해 얻을 수 있다.그 기술적 실현 가능성 수익성과 투자 위험 음식과 음료 쓰레기부터 설탕 시럽을 만들어 내기 위해서 정도는[26]투자로 이익을 과당 시럽(9.4%), HFS42(22.8%)과glucose-rich 시럽(58.9%)의 생산을 위하여 만족스러운 것으로, 설탕 시럽도 친척과 높은 원가 경쟁력을 가지고 있음을 보여 주다는 분석이었다.사행낮은 순생산원가와 최저판매가격.고형 쓰레기의 통합 기계적 생물학적 화학 치료를 통해 그 물가 안정책(MBCT)레불린산의 생산을 위한 시스템 자원 회복과 제품 세대(문 수수료 포함 없이)수익 studied,[27] 왔다 갈 만큼 out-은 폐기물 수거 수수료 연간 자본과 비교할 것이 훨씬 많다.브람스비용 절감

바이오모터 시스템의 환경에 미치는 영향

바이오제너리의 주요 목표 중 하나는 자원의 보존과 온실가스 배출 및 기타 오염물질의 감소를 통해 보다 지속 가능한 산업에 기여하는 것입니다.그럼에도 불구하고, 다른 환경적 영향은 바이오 기반 제품의 생산과 관련이 있을 수 있다. 토지 사용의 변화, 물의 부영양화, 살충제에 의한 환경 오염 또는 환경 [28]부담으로 이어지는 높은 에너지 및 물질 수요.LCA(Life Cycle Assessment)는 원료 추출부터 최종 사용까지 공정의 환경 부하를 평가하는 방법론이다.LCA는 바이오리모터 시스템의 잠재적 편익을 조사하는 데 사용될 수 있다. 여러 LCA 연구는 기존의 대안과 비교하여 바이오리모터리가 보다 환경 친화적인지 여부를 분석하기 위해 개발되었다.

공급 원료는 바이오 연료 생산의 환경 영향의 주요 원천 중 하나이며, 이러한 영향의 원천은 바이오매스를 성장시키고 처리하며 바이오매스 [29]게이트로 운반하는 현장 운영과 관련이 있다.농업 잔류물은 환경에 미치는 영향이 가장 적은 원료이며, 그 다음으로 리그노셀룰로오스계 작물, 그리고 마지막으로 1세대 경작 작물에 의한 것이다. 그러나 환경적 영향은 농작물 관리, 수확 시스템, 농작물 [29]수확량과 같은 요인에 민감하다.바이오매스 원료로부터의 화학물질의 생산은 환경상의 이점을 나타내고 있다.바이오매스 유래 원료로부터의 대량 화학물질은 비재생 에너지 사용과 온실가스 배출의 절약을 나타내고 있다[30][31].

1G 및 2G 에탄올에 대한 환경 평가 결과, 이 두 가지 바이오리모터 시스템은 가솔린에 비해 기후변화 영향을 완화할 수 있지만, 2G 에탄올 생산(최대 80% 감소)[32]을 통해 더 높은 기후변화 편익을 달성할 수 있습니다.팜 빈 과일 다발을 가치 있는 제품(에탄올, 열, 전력, 소 사료)으로 전환하면 기존의 바이오디젤 생산에 비해 기후 변화와 화석 연료 고갈의 영향을 줄일 수 있지만 독성과 부영양화의 이점은 [15]제한적이다.Propionic 산성 글리세롤의 발효에 의해 생산된 온실 가스 배출을 화석 연료 대안에 비해 크게 줄일 수 없지만 에너지를 입력 두배가 되고 크게 그 정량 부탄올의 prehydrolysate에서 캐나다의 한 크래프트의 통합 용해에 higher[33]펄프 공장을 보여 주면 부영양화에 기부하는 것이 이어진다.월e 이 부탄올의 탄소 배출량은 휘발유에 비해 5% 낮을 수 있지만 옥수수 부탄올만큼 낮지는 않습니다([34]휘발유보다 23% 낮음).

음식물 쓰레기의 물가 안정책에 대한 정량적 연구의 대부분 가스나 에너지 생산에 미치는 환경적 영향에 대한, 단지 고등 부가 가치 화학 물질의 합성에 몇명과,[35]hydroxymethylfurfural(HMF)은 미국 에너지부에 의해 최대 10bio-based 화학 물질의 LCA8음식을 명단에 올랐다 주력해 왔다.이었다HMF 생산을 위한 가장 환경 친화적인 선택지가 오염 촉매(AlCl3)와 공동 용매(아세톤)를 덜 사용하고 HMF(27.9 Cmol%)의 최고 수율, 금속 고갈 및 독성 영향(해양 생태 독성, 담수 독성, 인간 독성)을 제공하는 것으로 나타났다.st 값

펄프 및 제지업계의 바이오레퓨얼

펄프 및 제지 산업은 최초의 산업화된 바이오 기계 시스템으로 간주됩니다. 이 산업 공정에서 키 큰 기름, 로진, 바닐린,[36] 리그노술폰산염 등을 포함한 다른 공동 생산물이 생산됩니다.이러한 공동 생산물과는 별도로, 시스템은 내부 에너지 수요를 충족하기 위한 에너지 생성(증기 및 전기의 경우)을 포함하고 있으며,[37] 그리드에 열과 전기를 공급할 수 있습니다.

이 산업은 바이오매스의 최대 소비국으로 굳어져 있으며, 목재를 원료로서 사용할 뿐만 아니라, 바가스, 볏짚,[38] 옥수수 스투버로서 농업 폐기물을 처리할 수 있다.바이오매스 생산을 위한 [39]로지스틱의 확립, 비옥한 토지에 대한 식량 생산과의 경쟁 회피, 바이오매스 [40]생산량 향상 등도 이 산업의 중요한 특징이다.

예

완전히 운영되는 Blue Marble Energy 회사는 WA 오데사와 MT 미술라에 여러 개의 바이오레핀 공장을 보유하고 있습니다.

Himark Bio Gas가 혐기성 소화 기술로 개발한 캐나다 최초의 통합 바이오레피아가 앨버타에 위치하고 있습니다.이 바이오페리머는 메트로 에드먼턴 지역의 소스 분리 유기물, 오픈 펜 피드롯 비료 및 식품 가공 폐기물을 사용합니다.

Chemrec의 흑액 가스화 및 바이오메타놀, 바이오DME 등의 2세대 바이오 연료 생산 기술은 호스트 펄프 밀과 통합되어 주요 황산염 또는 아황산염 공정 폐기물을 공급 [41]원료로 사용합니다.

노바몬트는 오래된 석유화학 공장을 바이오 제철공장으로 개조하여 카르둔에서 [42][43]단백질, 플라스틱, 동물 사료, 윤활유, 제초제, 엘라스토머를 생산하고 있다.

C16 바이오사이언스는 [44][45]효모를 통해 탄소 함유 폐기물(즉, 음식물 폐기물, 글리세롤)에서 합성 팜유를 생산한다.

MacroCascade는 해초를 식품과 사료, 그리고 건강관리, 화장품, 미세화학 산업용 제품으로 정제하는 것을 목표로 하고 있다.샛길은 비료와 바이오가스 생산에 사용될 것이다.다른 해조류 바이오리퍼 프로젝트로는 MacroAlgaeBiorere(MAB4),[46] SeaReferies 및 SEAFARM이 [3]있습니다.

후미성분은 맥주 효모, 빵집 [48][49][50]효모 등 미생물의 도움을 받아 미세 조류에서[clarification needed] 발포제, 가열 젤, 유화제를[47] 생산하고 있습니다.

바이오콘 플랫폼은 목재를 다양한 [51][52]제품으로 가공하는 것을 연구하고 있다.좀 더 정확히 말하면, 그들의 연구진은 리그닌과 셀룰로오스를 다양한 [53][54]제품으로 바꾸는 것을 검토하고 있다.예를 들어 리그닌은 접착제, 플라스틱 및 농산물을 만드는 데 사용할 수 있는 페놀 성분으로 변형될 수 있습니다(예: 작물 보호).셀룰로오스는 의류와 [55]포장으로 변형될 수 있다.

남아프리카공화국에서 Numbitrax LLC는 바이오 에탄올을 생산하기 위한 Blume Biorefinatures 시스템과 가시 돋친 [56][57][58]배 선인장과 같은 지역 및 쉽게 구할 수 있는 자원으로부터 고수익 오프테이크 제품을 추가로 구입했습니다.

Circular Organics(Kempen[59] 곤충 Valley의 일부)는 농업 및 식품 산업 폐기물(과일과 야채 잉여, 과일 주스 및 잼 생산의 잔여 폐기물)에서 검은 병아리 유충을 키웁니다.이 유충들은 단백질, 기름, 키틴을 생산하는데 사용된다.그리스는 팜 오일과 같은 다른 식물성 기름을 대체하여 제약 산업(화장품,[60] 샤워 젤용 계면 활성제)에서 사용하거나 사료에 [61]사용할 수 있습니다.

Biteback 곤충은 슈퍼웜(Zophbas morio)[62][63]에서 곤충 식용유, 곤충 버터, 지방 알코올, 곤충 프라스 단백질, 키틴을 만듭니다.

「 」를 참조해 주세요.

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외부 링크