Nhóm Berkeley cho biết quy trình hợp lý hóa chuyển đổi sinh khối gỗ thành nhiên liệu sinh học

Các nhóm từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley (Phòng thí nghiệm Berkeley) và Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia đã hợp tác để phát triển những gì họ tuyên bố là một quy trình hợp lý và hiệu quả để chuyển đổi chất thực vật thân gỗ (chẳng hạn như rừng phát triển quá mức và chất thải nông nghiệp) thành nhiên liệu sinh học lỏng.

Loại vật liệu gỗ này hiện đang bị đốt cháy một cách cố ý hoặc vô ý và là yếu tố nguy cơ gây cháy rừng. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Hóa học & Kỹ thuật Bền vững ACS.

Theo nhà khoa học nghiên cứu Eric Sundstrom, người làm việc tại Đơn vị phát triển quy trình sản phẩm sinh học và nhiên liệu sinh học tiên tiến của Phòng thí nghiệm Berkeley (ABPDU), những nỗ lực chuyển đổi sinh khối gỗ thành nhiên liệu sinh học thường bị cản trở bởi các đặc tính bên trong của gỗ khiến gỗ rất khó bị phân hủy về mặt hóa học. Ông cho biết hai nghiên cứu của nhóm ông “trình bày chi tiết lộ trình chuyển đổi chi phí thấp cho các nguồn sinh khối mà nếu không sẽ bị đốt cháy trên cánh đồng hoặc trong các đống gạch chéo”.

Trong một nghiên cứu do Sundstrom và Carolina Barcelos, một kỹ sư quy trình cao cấp tại ABPDU, dẫn đầu, các nhà khoa học đã sử dụng các hóa chất không độc hại, các enzym có bán trên thị trường và một loại men được thiết kế đặc biệt để chuyển đổi gỗ thành ethanol trong một lò phản ứng duy nhất, hay còn gọi là “nồi”. ” Hơn nữa, một phân tích kinh tế và công nghệ sau đó đã giúp nhóm xác định những cải tiến cần thiết cần thiết để đạt được mức sản xuất etanol ở mức 3 USD/gallon xăng tương đương (GGE) thông qua lộ trình chuyển đổi này.

Công việc này dường như là quy trình đầu tiên từ đầu đến cuối để sản xuất ethanol từ sinh khối gỗ có cả hiệu suất chuyển đổi cao và cấu hình một nồi đơn giản. (Như bất kỳ đầu bếp nào cũng biết, công thức nấu ăn một nồi luôn dễ dàng hơn so với những công thức cần nhiều nồi và trong trường hợp này, điều đó cũng có nghĩa là sử dụng ít nước và năng lượng hơn.)

Trong một nghiên cứu bổ sung do John Gladden và Lalitendu Das tại Viện Năng lượng Sinh học Chung (JBEI) đứng đầu, một nhóm đã tinh chỉnh quy trình một nồi để nó có thể chuyển đổi sinh khối gỗ có trụ sở tại California – chẳng hạn như thông, hạnh nhân, óc chó, và mảnh vụn của cây linh sam – với cùng mức độ hiệu quả như các phương pháp hiện có được sử dụng để chuyển đổi sinh khối thân thảo, ngay cả khi đầu vào là hỗn hợp các loại gỗ khác nhau.

“Loại bỏ sinh khối gỗ khỏi rừng, chẳng hạn như cây thông mọc um tùm ở Sierra và khỏi các khu vực nông nghiệp như vườn hạnh nhân ở Thung lũng Trung tâm của California, chúng ta có thể giải quyết nhiều vấn đề cùng một lúc: cháy rừng thảm khốc ở các bang dễ xảy ra hỏa hoạn, nguy cơ ô nhiễm không khí do đốt cháy có kiểm soát Das, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại JBEI và Sandia, cho biết về dư lượng cây trồng và sự phụ thuộc của chúng ta vào nhiên liệu hóa thạch. “Trên hết, chúng tôi sẽ giảm đáng kể lượng carbon thải vào khí quyển và tạo ra việc làm mới trong ngành năng lượng sinh học.”

Ethanol đã được sử dụng như một chất phụ gia giảm khí thải trong xăng thông thường, thường chiếm khoảng 10% lượng khí chúng ta bơm vào ô tô và xe tải. Một số phương tiện chuyên dụng được thiết kế để vận hành bằng nhiên liệu có thành phần ethanol cao hơn lên tới 83%. Ngoài ra, etanol được tạo ra từ sinh khối thực vật có thể được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu máy bay và dầu diesel phức tạp hơn, giúp loại bỏ cacbon trong lĩnh vực vận chuyển hàng hóa và hàng không khó điện khí hóa. Hiện nay, nguồn ethanol sinh học phổ biến nhất là hạt ngô – một loại nguyên liệu giàu tinh bột dễ phân hủy hơn nhiều về mặt hóa học, nhưng cần có đất, nước và các nguồn tài nguyên khác để sản xuất.

Những nghiên cứu này chỉ ra rằng sinh khối gỗ có thể được phân hủy và chuyển đổi một cách hiệu quả thành nhiên liệu sinh học tiên tiến trong một quy trình tích hợp có khả năng cạnh tranh về chi phí với etanol ngô làm từ tinh bột. Những công nghệ này cũng có thể được sử dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học “thích hợp” giống hệt về mặt hóa học với các hợp chất đã có trong xăng và dầu diesel.

Bước tiếp theo trong nỗ lực này là phát triển, thiết kế và triển khai công nghệ ở quy mô thí điểm, được định nghĩa là quy trình chuyển đổi 1 tấn sinh khối mỗi ngày. Các nhóm của Phòng thí nghiệm Berkeley đang hợp tác với Aemetis, một công ty sinh hóa và nhiên liệu tái tạo tiên tiến có trụ sở tại Bay Area, để thương mại hóa công nghệ và triển khai nó ở quy mô lớn hơn sau khi giai đoạn thử nghiệm hoàn tất.

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