211service.com
Användning av superkritiskt vatten kan minska kostnaderna för etanol
Renmatix , en startup baserad i Kennesaw, Georgia, använder vatten vid högt tryck och temperatur för att omvandla träflis till socker, som sedan kan fermenteras för att göra biobränslen och andra kemikalier. Företaget säger att processen kan producera socker för samma pris som att göra det från sockerrör, vilket har lett till lönsam produktion av biobränslen i Brasilien.
Super omvandlare: En påse med mald flis matar ett system som omvandlar träet till socker med hjälp av superkritiskt vatten vid denna Renmatix demonstrationsanläggning i Georgia.
Renmatix tar itu med det svåraste steget i att producera etanol från rikligt med cellulosamaterial som träflis, istället för från majs eller sockergrödor. När sockret väl är framställt kan samma teknik som används i en konventionell majs- eller sockerrörsetanolfabrik användas för att producera etanol.
Än så länge har Renmatix bara demonstrerat tekniken i liten skala, med hjälp av en anläggning som kan bearbeta tre ton flis om dagen. Som med alla avancerade biobränsleföretag kommer en av de största utmaningarna att vara att övertyga investerare att lämna över pengarna som behövs för att bygga en större kommersiell anläggning för att bevisa att satsningen är kommersiellt gångbar. U.S. Environmental Protection Agency har tvingats avstå från kraven på cellulosaetanol eftersom kommersiella anläggningar för omvandling av cellulosamaterial till etanol ännu inte har byggts. Genom att sänka kostnaderna för att producera socker från cellulosamaterial hoppas Renmatix äntligen kunna bryta detta trassel.
Forskare och företag har provat många metoder för att omvandla cellulosa till socker. Vissa handlar om att bryta ner biomassan med hjälp av syror eller specialanpassade enzymer. Andra handlar om att använda värme och tryck för att omvandla biomassa till väte och kolmonoxid, som kan omvandlas till biobränsle med hjälp av oorganiska katalysatorer. Varje metod har nackdelar: enzymer är dyra; syror är giftiga. Båda processerna är långsamma och de kräver dyr utrustning. De processer som använder hög värme och oorganiska katalysatorer har också relativt låga utbyten av de önskade bränslena.
Istället för att använda enzymer eller syror använder Renmatix superkritiskt vatten – vatten vid mycket höga temperaturer och tryck. Under dessa förhållanden kommer cellulosa att lösas upp och mycket snabbt bryta ner till sockermolekyler. Reaktionerna tar sekunder, jämfört med dagar för vissa andra processer. På grund av reaktionens höga hastighet kan en relativt liten mängd utrustning producera en stor mängd socker, vilket håller kapitalkostnaderna nere. Mindre utrustning skulle också kunna göra det möjligt att distribuera produktionen av biobränslen och därmed minska kostnaderna för att transportera biomassa.
Sockertillgång: En arbetare på Renmatix pumpar socker producerat av företagets nya superkritiska vattenprocess i en förvaringsbehållare.
Men att arbeta med superkritiskt vatten kommer med utmaningar. Materialen som kan användas med superkritiskt vatten är begränsade – det kommer till exempel att lösa upp glas. De extremt snabba reaktionerna gör det också svårt att säkerställa att kemin inte går för långt och ger oönskade biprodukter. I tidigare försök har det superkritiska vattnet torkat ut en del av det producerade sockret, vilket resulterar i föreningar som kan förgifta jästen som används för att omvandla socker till etanol. Vanligtvis ger processen också en relativt liten mängd socker från en given mängd biomassa.
Fred Moesler, Renmatix vice VD för processteknologi, säger att företaget har övervunnit dessa problem. Företaget har inte sagt hur det gör detta, men Gary Aurand, en forskare vid University of Iowa som är bekant med företaget från dess tidiga dagar (när det var känt som Sriya Innovations), föreslår att företaget kan använda superkritisk vatten i endast en del av sin process.
Att förvandla biomassa till socker med superkritiskt vatten innebär att man först maler biomassa till små partiklar och sedan löser cellulosa i vatten. Utan att lösa det kommer bara cellulosamolekylerna vid partiklarnas yta att brytas ner, vilket resulterar i låg sockerproduktion. Efter att cellulosan är upplöst kommer ytterligare exponering för höga temperaturer och tryck att bryta ner cellulosamolekylerna till socker.
Aurand säger att vatten bara behöver vara superkritiskt för upplösningssteget. Om Renmatix kunde konstruera ett system för att flytta det lösta materialet till ett område med lägre temperatur och tryck, skulle det kunna sakta ner processen att bryta ner cellulosan till socker, vilket förhindrar bildningen av de oönskade föreningarna.
Allt Renmatix har sagt är att man använder två steg för att bryta ner cellulosa och ett liknande material, hemicellulosa. Nedbrytning av cellulosa producerar glukos, det socker som jäst lätt kan använda för att producera etanol. Nedbrytning av hemicellulosa producerar ett annat socker som kallas xylos, som inte fungerar med konventionell jäsning, men som kan användas i vissa avancerade biobränslen och biokemiska processer. Ekonomin för processen kommer att bero på marknaden för xylos.
Renmatix har samlat in en del av pengarna för en anläggning som kan producera 100 000 ton socker per år – tillräckligt stor för att visa att processen har kommersiell potential, står det. Men företaget jobbar fortfarande på att få de lån som behövs för att gå vidare. Tidigare har användningen av superkritiskt vatten för att bearbeta biomassa setts som oekonomiskt, så det kan visa sig vara svårt att få banker att skriva på. Lite är känt om tekniken, säger Andy Aden , chef för bioraffinaderianalys vid National Renewable Energy Laboratory i Golden, Colorado. Baserat på tidigare beräkningar, säger han, kommer det sannolikt att bli dyrt.