211service.com
Att göra etanol av träflis
Experimentella metoder för att omvandla flis och gräs till etanol kommer snart att testas i produktionsskala. Mascoma Corporation , baserat i Cambridge, MA, bygger demonstrationsanläggningar som kommer att ha kapacitet att producera cirka en halv till två miljoner liter etanol per år från avfallsbiomassa. Startupen fick nyligen 30 miljoner dollar i riskkapitalpengar, vilket underblåser dess uppskalningsplaner.
Forskningen av Lee Lynd, professor i ingenjörsvetenskap vid Dartmouth College och en av grundarna av Mascoma Corporation, hjälper till att minska kostnaderna för att tillverka etanol från cellulosakällor som majsstjälkar och träflis.
Även om Mascoma inte har uppnått sitt slutmål att använda en enda genetiskt modifierad organism för att omvandla träflis och andra cellulosaråvaror till etanol, har företaget utvecklat genetiskt modifierade bakterier som kan påskynda en del av processen att framställa etanol. Den optimerade processen visar tillräckligt mycket löfte för att investera i att skala upp tekniken, säger Colin South, Mascomas president.
Majskorn, den nuvarande etanolkällan i USA, kräver stora mängder mark och energi för att producera. Detta, tillsammans med efterfrågan på majs som mat, begränsar den totala mängden etanol som kan produceras från majs till cirka 15 miljarder liter per år – ungefär tre gånger vad som för närvarande produceras. Om bränslet ska ersätta en ansenlig bråkdel av de 140 miljarder liter bensin som förbrukas varje år i USA, kommer etanolproducenter att behöva vända sig till biomassa som träflis och switchgrass. Dessa resurser är billigare och potentiellt mycket rikligare, och de kan omvandlas till etanol mycket mer effektivt än majs kan eftersom de kräver mindre energi för att växa (se Redesigning Life to Make Ethanol ).
Faktum är att etanol från sådana källor kan ersätta en mycket stor del av den bensin som för närvarande används för fordon, säger Gregory Stephanopoulos, professor i kemiteknik vid MIT. Han säger att vissa experter uppskattar att med ökad effektivitet och höga utbyten av etanol kan all bensin för transport ersättas; de mest försiktiga uppskattningarna säger att cirka 20 procent skulle kunna ersättas. I hopp om att dra nytta av denna potential, en handfull företag – inklusive Celunol i Dedham, MA; Iogen , i Ottawa, Kanada, som har en befintlig demonstrationsanläggning och planerar att skala upp till kommersiell produktion; och den Nationellt laboratorium för förnybar energi (NREL), i Golden, CO – arbetar för att utveckla bättre teknik för att tillverka cellulosaetanol.
Trots sin potential är cellulosaetanol dyrt att tillverka idag. Det kräver dyrare utrustning och fler bearbetningssteg än att göra etanol från majskorn. Medan både majs och cellulosaetanol skapas genom att jäsa socker, är det mycket lättare att omvandla stärkelsen i majskorn till socker än att omvandla den komplexa cellulosan i majsstjälkar eller biomassa som träflis. För att förenkla processen och minska kostnaderna hoppas många forskare i slutändan kunna konstruera en enda organism som både kan bryta ner cellulosan och omvandla det resulterande sockret till etanol. Men forskningen förbättrar redan delar av processen. Forskare har till exempel skapat en cocktail av enzymer för att omvandla cellulosa till socker som är hundra gånger billigare än tidigare metoder, säger George Douglas, talesman för NREL.
Mascoma fokuserar på att förbättra de första stegen i processen – att förbehandla råmaterial och omvandla cellulosa till socker – vilket South säger är nyckeln till att minska kostnaderna. I det konventionella förbehandlingssteget blötläggs material såsom träflis i en utspädd lösning av svavelsyra och värms sedan upp. Detta bryter ner komplexa ligninstrukturer som bildar en sköld runt cellulosan, säger Charles Wyman, Mascomas medgrundare och professor i kemi- och miljöteknik vid University of California, i Riverside. Wymans forskning har analyserat mekanismerna som är involverade i denna process, vilket hjälper företaget att optimera detta steg. Mascoma har också utvecklat teknologi för att förbättra nästa steg: bryta ner den nu tillgängliga cellulosan till sockerarter genom att använda enzymer som produceras av organismer. I den senare delen av processen fermenteras dessa sockerarter för att göra etanol.
Wyman uppskattar att företagets teknologi kan producera etanol för ungefär samma kostnad som att producera etanol från majs, och så småningom för mindre pengar. Detta skulle vara en betydande förbättring jämfört med annan teknik. En kostnadsanalys vid en NREL-pilotanläggning, till exempel, tyder på att det skulle kosta mer än två dollar per gallon att tillverka cellulosaetanol – ungefär dubbelt så mycket som kostnaden för att tillverka majsetanol. Men även NREL-forskare är övertygade om att denna kostnad kommer att halveras och möta kostnaderna för majs-etanol inom sex år, säger Douglas.
Att producera tillräckligt med etanol för att ersätta en betydande del av bensinförbrukningen är dock fortfarande många år bort. Det kommer att kräva ytterligare förbättringar av både tekniken och de industriella processerna, inklusive utmaningarna med att hantera stora mängder skrymmande biomassa. Vi är definitivt inte där än, säger MIT:s Stephanopoulos. Processer idag är helt klart oekonomiska.
Men Douglas säger att forskare är optimistiska att fortsatt finansiering och tillämpning av nya verktyg kommer att göra utbredd cellulosaetanol möjlig: vägarna är ganska tydliga.