Ein optimierter Prozess wandelt Holzbiomasse in Biokraftstoff um, sagt die Berkeley-Gruppe

Teams des Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) und der Sandia National Laboratories haben zusammengearbeitet, um einen ihrer Meinung nach optimierten und effizienten Prozess zur Umwandlung von Holzpflanzenmaterial (wie Waldbewuchs und landwirtschaftliche Abfälle) in flüssigen Biokraftstoff zu entwickeln.

Diese Art von Holzmaterial wird derzeit entweder absichtlich oder unbeabsichtigt verbrannt und ist ein Risikofaktor bei Waldbränden. Die Forschung wurde in der Zeitschrift veröffentlicht ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

Die Bemühungen, holzige Biomasse in Biokraftstoff umzuwandeln, werden in der Regel durch die intrinsischen Eigenschaften von Holz behindert, die eine chemische Zersetzung sehr schwierig machen, so der Forscher Eric Sundstrom, der in der Advanced Biofuels and Bioproducts Process Development Unit (ABPDU) des Berkeley Lab arbeitet. Er sagte, dass die beiden Studien seiner Gruppe "einen kostengünstigen Umwandlungsweg für Biomassequellen beschreiben, die sonst auf dem Feld oder in Brandrodungen verbrannt würden".

In einer Studie von Sundstrom und Carolina Barcelos, einem leitenden Verfahrenstechniker bei ABPDU, verwendeten die Wissenschaftler ungiftige Chemikalien, handelsübliche Enzyme und einen speziell entwickelten Hefestamm, um Holz in einem einzigen Reaktor oder „Topf“ in Ethanol umzuwandeln. ” Darüber hinaus half eine anschließende technologische und wirtschaftliche Analyse dem Team, die notwendigen Verbesserungen zu ermitteln, die erforderlich sind, um über diesen Umwandlungsweg eine Ethanolproduktion von 3 USD pro Benzin-Gallonen-Äquivalent (GGE) zu erreichen.

Die Arbeit ist anscheinend das erste End-to-End-Verfahren zur Ethanolherstellung aus Holzbiomasse, das sowohl eine hohe Umwandlungseffizienz als auch eine einfache Eintopfkonfiguration aufweist. (Wie jeder Koch weiß, sind Eintopfrezepte immer einfacher als solche, die mehrere Töpfe erfordern, und in diesem Fall bedeutet dies auch einen geringeren Wasser- und Energieverbrauch.)

In einer ergänzenden Studie unter der Leitung von John Gladden und Lalitendu Das vom Joint BioEnergy Institute (JBEI) hat ein Team den Eintopfprozess so optimiert, dass Holzbiomasse aus Kalifornien wie Kiefer, Mandel, Walnuss, und Tannenreste - mit der gleichen Effizienz wie bestehende Methoden zur Umwandlung von krautiger Biomasse, selbst wenn der Input eine Mischung verschiedener Holzarten ist.

„Wenn wir Holzbiomasse aus Wäldern wie den bewachsenen Kiefern der Sierra und aus landwirtschaftlichen Gebieten wie den Mandelplantagen im kalifornischen Central Valley entfernen, können wir mehrere Probleme gleichzeitig angehen: katastrophale Waldbrände in feuergefährdeten Staaten, Luftverschmutzungsgefahren durch kontrolliertes Verbrennen von Ernterückständen und unserer Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen “, sagte Das, Postdoktorand bei JBEI und Sandia. "Darüber hinaus würden wir die Menge an Kohlenstoff, die der Atmosphäre zugesetzt wird, erheblich reduzieren und neue Arbeitsplätze in der Bioenergiebranche schaffen."

Ethanol wird bereits als emissionsminderndes Additiv in herkömmlichem Benzin verwendet und macht typischerweise etwa 10% des Gases aus, das wir in unsere Autos und Lastwagen pumpen. Einige Spezialfahrzeuge sind für den Betrieb mit Kraftstoff mit einer höheren Ethanolzusammensetzung von bis zu 83% ausgelegt. Darüber hinaus kann das aus pflanzlicher Biomasse erzeugte Ethanol als Zutat für die Herstellung komplexerer Diesel- und Düsentreibstoffe verwendet werden, die zur Dekarbonisierung des schwer zu elektrifizierenden Luftfahrt- und Frachtsektors beitragen. Derzeit sind Maiskörner die häufigste Quelle für biobasiertes Ethanol - ein stärkehaltiges Material, das chemisch viel einfacher abzubauen ist, für dessen Herstellung jedoch Land, Wasser und andere Ressourcen erforderlich sind.

Diese Studien zeigen, dass Holzbiomasse in einem integrierten Prozess, der mit Maisethanol auf Stärkebasis kostengünstig ist, effizient abgebaut und in fortschrittliche Biokraftstoffe umgewandelt werden kann. Diese Technologien können auch zur Herstellung von Drop-In-Biokraftstoffen verwendet werden, die chemisch mit Verbindungen identisch sind, die bereits in Benzin und Diesel enthalten sind.

Der nächste Schritt bei diesen Bemühungen besteht darin, die Technologie im Pilotmaßstab zu entwickeln, zu entwerfen und einzusetzen. Dies ist ein Prozess, der 1 Tonne Biomasse pro Tag umwandelt. Die Berkeley Lab-Teams arbeiten mit Aemetis, einem fortschrittlichen Unternehmen für erneuerbare Kraftstoffe und Biochemikalien mit Sitz in der Bay Area, zusammen, um die Technologie zu kommerzialisieren und nach Abschluss der Pilotphase in größerem Maßstab auf den Markt zu bringen.

Quelle: https://envirotecmagazine.com/2021/04/16/streamlined-process-converts-woody-biomass-into-biofuel-says-berkeley-group/