Gestroomlijnd proces zet houtige biomassa om in biobrandstof, zegt Berkeley Group

Teams van Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) en Sandia National Laboratories hebben samengewerkt om een ​​naar eigen zeggen gestroomlijnd en efficiënt proces te ontwikkelen voor het omzetten van houtachtig plantaardig materiaal (zoals bosrijke begroeiing en landbouwafval) in vloeibare biobrandstof.

Dit soort houtachtig materiaal wordt momenteel al dan niet opzettelijk verbrand en is een risicofactor bij bosbranden. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift ACS Duurzame Chemie & Engineering.

Volgens onderzoeker Eric Sundstrom, die werkt bij Berkeley Lab's Advanced Biofuels and Bioproducts Process Development Unit (ABPDU), worden inspanningen om houtachtige biomassa om te zetten in biobrandstof doorgaans belemmerd door de intrinsieke eigenschappen van hout die het chemisch erg moeilijk afbreken. Hij zei dat de twee onderzoeken van zijn groep "een goedkope omzettingsroute beschrijven voor biomassabronnen die anders in het veld of in schuine palen zouden worden verbrand".

In een studie onder leiding van Sundstrom en Carolina Barcelos, een senior procesingenieur bij ABPDU, gebruikten de wetenschappers niet-giftige chemicaliën, in de handel verkrijgbare enzymen en een speciaal ontwikkelde giststam om hout om te zetten in ethanol in een enkele reactor, of 'pot'. " Bovendien hielp een daaropvolgende technologische en economische analyse het team de noodzakelijke verbeteringen te identificeren die nodig waren om via dit conversietraject een ethanolproductie van $ 3 per benzine gallon-equivalent (GGE) te bereiken.

Het werk is schijnbaar het allereerste end-to-end-proces voor de productie van ethanol uit houtachtige biomassa met zowel een hoge conversie-efficiëntie als een eenvoudige configuratie met één pot. (Zoals elke kok weet, zijn recepten met één pot altijd gemakkelijker dan recepten met meerdere pannen, en in dit geval betekent dit ook een lager water- en energieverbruik.)

In een aanvullende studie, geleid door John Gladden en Lalitendu Das van het Joint BioEnergy Institute (JBEI), verfijnde een team het eenpotsproces zodat het in Californië gebaseerde houtachtige biomassa kon omzetten - zoals dennen, amandel, walnoten, en puin van dennenbomen - met hetzelfde niveau van efficiëntie als bestaande methoden die worden gebruikt om kruidachtige biomassa om te zetten, zelfs als de input een mix van verschillende houtsoorten is.

"Door houtachtige biomassa te verwijderen uit bossen, zoals de overwoekerde dennen van de Sierra, en uit landbouwgebieden zoals de amandelboomgaarden van Central Valley in Californië, kunnen we meerdere problemen tegelijk aanpakken: rampzalige bosbranden in brandgevoelige staten, gevaren voor luchtvervuiling door gecontroleerde verbranding van gewasresten en onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen, ”zei Das, een postdoctoraal onderzoeker bij JBEI en Sandia. "Bovendien zouden we de hoeveelheid koolstof die aan de atmosfeer wordt toegevoegd aanzienlijk verminderen en nieuwe banen creëren in de bio-energie-industrie."

Ethanol wordt al gebruikt als een emissiereducerend additief in conventionele benzine en vormt doorgaans ongeveer 10% van het gas dat we in onze auto's en vrachtwagens pompen. Sommige speciale voertuigen zijn ontworpen om te werken op brandstof met hogere ethanolsamenstellingen tot wel 83%. Bovendien kan de ethanol die wordt gegenereerd uit plantaardige biomassa worden gebruikt als ingrediënt voor het maken van complexere diesel- en vliegtuigbrandstoffen, die helpen om de moeilijk te elektrificeren luchtvaart- en vrachtsector koolstofarm te maken. Momenteel is de meest voorkomende bron van biogebaseerde ethanol maïskorrels - een zetmeelrijk materiaal dat veel gemakkelijker chemisch kan worden afgebroken, maar waarvoor land, water en andere hulpbronnen nodig zijn.

Deze studies geven aan dat houtige biomassa efficiënt kan worden afgebroken en omgezet in geavanceerde biobrandstoffen in een geïntegreerd proces dat kostenconcurrerend is met op zetmeel gebaseerde maïs-ethanol. Deze technologieën kunnen ook worden gebruikt om "drop-in" biobrandstoffen te produceren die chemisch identiek zijn aan de verbindingen die al in benzine en diesel aanwezig zijn.

De volgende stap in deze inspanning is het ontwikkelen, ontwerpen en inzetten van de technologie op pilotschaal, die wordt gedefinieerd als een proces dat 1 ton biomassa per dag omzet. De Berkeley Lab-teams werken samen met Aemetis, een bedrijf voor geavanceerde hernieuwbare brandstoffen en biochemicaliën in de Bay Area, om de technologie op de markt te brengen en op grotere schaal te lanceren zodra de proeffase is voltooid.

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