Wiley жаңартылатын энергия
жүктеу/скачать 4,71 Mb. Pdf көрінісі
|
|
Сурет 2.6 Лигноцеллюлоза биомассасынан екінші буынды биоэтанол өндірісін өңдеу кезеңдерін бірінші буынды отын өндіру процестерімен салыстыру. Биотехнология жетістігінен қайта басылды, 28, С.И. Муссато, Г. Драгоне, П.М.Р. Гуймараеш, Дж.П.А. Сильва, Л.М. Карнейру, И.С. Роберто, А. Висенте, Л. Домингес, Я.А. Тейшейра, Технологиялық үрдістер, әлемдік нарық және биоэтанол өндірісінің мәселелері, 817–830, 2010, Elsevier рұқсатымен [15]. Қышқыл гидролизі ең танымал процесс болып табылады, бірақ қышқыл және сілтілі гидролиз глюкозаның жоғары концентрациясы алынатын салыстырмалы жылдам әдістер болып табылады, олар процестен кейін реакциялық ортаны бейтараптандыру қажеттілігі, жабдықтың жоғары коррозиясы және қатты қалдықтардың пайда болуы сияқты бірқатар кемшіліктерге ие. Қышқыл және сілтілі гидролизге байланысты экологиялық проблемаларға байланысты, ферментативті процесс қазіргі уақытта кеңінен қолданылады [26]. Ферментативті гидролиздің негізгі артықшылығы ферментацияны тудыратын микроорганизмдердің тежегіштері қалыптаспауы болып табылады. Екінші жағынан, бұл өте баяу процесс және бұл оны қымбат етеді және ферменттерді алу және қайта пайдалану қиынСонымен қатар, ферменттер лигноцеллюлоза кешенін бөле алмайды, сондықтан ферментативті гидролиз ферменттерге целлюлоза мен гемицеллюлозға қол жеткізуге мүмкіндік беретін алдын ала өңдеуді талап етеді [27–28]. Маңызды зерттеулер ферментативті гидролизді жақсарту үшін алдын ала өңдеуге бағытталған. Түрлі тәсілдер тексеріледі: қышқыл, сілті, сульфат, сұйық ыстық су, бумен өңдеу, көмірқышқыл газымен өңдеу, рециркуляцияланатын аммиакты қолдану арқылы перколяция, озонолиз, ылғалды тотығу, ион сұйықтықтары, органороль, микротолқынды сәулелену және ультрадыбыс [24, 29–31]. Ионды сұйықтықтар биоотынды өңдеу үшін еріткіштер мен реакциялық орта ретінде пайдаланылады, өйткені олардың гидрофобтылығы, аз тұтқырлығы, космотропды анион және хаотропты катион әдетте ферменттердің белсенділігі мен тұрақтылығын арттырады [32]. Лигноцеллюлозды этанолды өндірудің гидролиз кезеңі үшін жақында зерттелген басқа нұсқа автокалатикалық процесте реакциялық орта ретінде суб / өте критикалық суды пайдалану болып табылады [33–35]. Гидролиз процестері толық дамымағанымен, соңғы жылдары оларға ерекше көңіл бөлінді және қазіргі уақытта оларды техникалық және экономикалық тұрғыдан жүзеге асыру үшін гидролиз процестерінде үлкен прогреске қол жеткізілді. 18 Өкінішке орай, табиғатта кездесетін көптеген ашытқы мен бактериялар біреуді немесе басқаны метаболизденуге қабілеттеу фактінің болуына қарамастан, бірде-бір табиғи организм гексоздарды және пентоздарды бір мезгілде метаболиздей алмайды. Этанол өндіру үшін өнеркәсіптік ауқымда пайдаланылатын ашытқы штаммдары үшін ксилозаны пайдалануға болмайды, мұндай қабілеті бар ашытқы штаммдары гендік инженерия арқылы әзірленген. Лигноцеллюлозды этанолды мүмкін ету үшін, барлық гексозды және пентозды қанттарды пайдаланудан басқа, микробтық штаммдар биомассаның бұзылуы кезінде пайда болатын немесе босатылатын қосылыстарға төзімді болуы тиіс [36–37]. Saccharomyces cerevisiae и Zymomonas mobilis – глюкозаны этанолға тиімді түрлендіретін этанолдың нативті продуценттері, бірақ олар үшін пентозды қантты көміртегі көзі ретінде пайдалануға болмайды. Сонымен қатар, Escherichia coli үшін лигноцеллюлозада бар көмірсулар компоненттерінің көпшілігі пайдаланылуы мүмкін, бірақ ол ферментация кезінде этанолдың аз мөлшерін ғана өндіреді, сондықтан E. coli штамдары этанол өндірісін арттыру үшін метаболикалық модификацияланған. Этанолға гексоз және пентоз сияқты ферменттеуді қамтамасыз ету үшін екі ғылыми тәсіл: (i) мақсатты ағзаға жетіспейтін ксилоза реакцияларының каскадын генетикалық енгізу; (ii) ксилоз және глюкозаны метаболиздейтін организмдерді бірге өсіру [38–39]. Осыған байланысты, екінші буын биоэтанолының құнын азайту және шығуын арттыру үшін осы салада көп нәрсені қолдануға болады. Дегенмен, лигноцеллюлозды этанол реакцияларының каскады энергияның оң өсуін қамтамасыз етеді (қазбалармен салыстырғанда жүгеріден алынатын бензинмен және этанолмен салыстырғанда ПГ шығарындыларын азайту мүмкіндігіне ие [40]. Қазіргі уақытта Канада, Швеция, АҚШ, Дания, Испания, Италия, Франция, Жапония, Үндістан, Австралия және Норвегия әзірлеудің әртүрлі сатыларында целлюлоза шикізатынан этанол шығарады және биоэнергетика секторында биологияға негізделген экономиканы жылжыту үшін бірнеше мемлекеттік / жеке халықаралық жобалар әзірленді. [30–31, 41]. Дегенмен, орман материалдары, ауыл шаруашылығы қалдықтары және қала қалдықтары сияқты целлюлоза биомассасы ресурстарынан биоэтанол өндіруге арналған қайта құру технологиялары әлі өнеркәсіптік ауқымда көрсетілмеген [5]. Целлюлозды этанолды зерттеу мен әзірлеудегі айтарлықтай ілгерілеушілікке қарамастан, көптеген төмендегідей міндеттерді шешу керек [13, 15]: Гидролиз процесінің қолайлы және экономикалық тиімді сатысын әзірлеу; Биомассаны алдын ала өңдеудің жоғары энергия сыйымдылығы; Гемицеллюлозды қанттардың шығу және түрлендіру жылдамдығын жақсарту; Өнеркәсіптік масштабтағы процесс; Бумен өңдеу сияқты кейбір технологияларды коммерциялық көрсету үшін қажетті негізгі жабдық жоқ; Алдын ала тазалау химикаттарын және сарқынды суларды қалпына келтіру; Бірінші ұрпақ отыны үшін ферментация кезінде табылған қанттар қоспасынан этанол шығаратын микроорганизмдерден басқа микроорганизмдерді әзірлеу. Энергия тұтынуды азайту үшін процестерді біріктіру. Осы жағдайларды ескере отырып, осы салада одан әрі зерттеулер және әзірлемелер қажет. Бразилия әлемдегі бірінші ұрпақ биоэтанолының көлемі бойынша екінші өндіруші болғандықтан,бұл ел екінші ұрпақ биоэтанолын техникалық және экономикалық тұрғыдан жүзеге асыру үшін белсенді инвестиция салуда. Басқа елдер, әсіресе АҚШ, сондай-ақ екінші буын этанолын өндіруді қамтамасыз етуге күш салып жатыр. 2.2.3.2 Синтетикалық газ Биосинтетикалық газ (Био-СГ), сондай-ақ синтез-газ ретінде белгілі, газдандыру сияқты термохимиялық процестердің көмегімен биомассадан алынған биомассадан тұрады. Газдандыру газ тәрізді отын, көмірден және шымтезектен қалалық газ өндіру үшін 100 жыл бұрын әзірленді. Негізінде, биомассаны газдандыру-бұл СО2 мен судың орнына СО, СО2 және Н2 түзілуімен оттегінің төмен мөлшері жағдайында биомассаның толық жанбауы. Процесс кептіру, пиролиз, көмірді газдандыру және тотығу сияқты қайталаушы реакциялар мен кезеңдерді қамтиды. Бұл түрлендіру әдетте жоғары температураларда (500-1400 ° С) және атмосфералық қысымнан 3 МПа дейінгі жағдайларда қысымда болады. Тотықтырғыш ретінде: ауа, таза оттегі, бу немесе осы газдардың қоспасы қолданылады. Газдандырғыштың жұмыс режимі процестің маңызды параметрі болып 19 табылады. Әдетте газдандырғыштар қозғалмайтын қабатпен, жалған көрінетін қабатпен немесе қалқып жүретін ағынмен жұмыс істейді. Бұл процесске катализаторларда айтарлықтай ықпал етеді; ең көп қолданылатын катализаторлар доломит, сілті (металл) және никель [37]. Синтез-газды пайдалану қазандықтарда, турбиналарда немесе электр энергиясын, жылуды немесе басқасын өндіру үшін іштен жану қозғалтқыштарында тікелей жануды қамтиды. Бұдан басқа, газдандыру өте таза синтетикалық биоотынды өндіруге мүмкіндік береді, оны биодизельді отынды қоса алғанда, сұйық отындардың кең ауқымында сұйылтуға болады [37]. Соңғы онжылдықта Бангладеш, Армения және Пәкістан сияқты елдерде табиғи газдағы көлік құралдарын пайдалану тез өсе бастады, әсіресе көлік құралдарының жалпы санының 25% - ға жуығының үлесіне жетіп [9]. Осы көлік құралдары үшін балама таза отын анаэробты ашыту (бірінші ұрпақ) немесе биомассаны газдандыру (екінші ұрпақ) нәтижесінде алынған биометан болып табылады [42]. Газдандыру көптеген жылдар бойы қолданылып келеді және демонстрациялық және коммерия алдындағы жобалардың көптеген мысалдары бар болса да, әлі де табысты пайдалану қондырғылары таңқаларлықтай емес[21]. Қатты биомассадан жасалған биометанның термохимиялық өндірісі бойынша алғашқы демонстрациялық қондырғы 2008 жылдың соңында Гюссингте, Австрияда, ал зауыт Гетеборгте, Швецияда жұмыс істей бастады. 2.2.3.3 Биомассадан жетілдірілген биодизель Екінші буын биодизелі, сондай-ақ синтетикалық биодизель ретінде белгілі, термохимиялық процестердің көмегімен лигноцеллюлоза биомассасынан алынған сұйық биоотын болып табылады. Жетілдірілген биодизель төмендегілерді қамтиды: Өсімдік майларын немесе жануарлар майларын гидрациялаумен алатын гидротазартылған өсімдік майы (ГӨМ); Биомассадан сұйықтыққа (Б-Ж) Дизель, сондай-ақ ол Фишер-Тропш дизель отыны деп аталады. жүктеу/скачать 4,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|