211service.com
Mer energieffektiv etanol
Att tillverka majsetanol är en energikrävande process som kräver fossila bränslen för att odla och skörda majs och för att driva produktionsanläggningen. För att göra processen mer energieffektiv föreslår forskare vid Washington University att man lånar en process som används i bryggerier och reningsanläggningar för avloppsvatten: syrefria kärl med bakterier som naturligt livnär sig på organiskt avfall som produceras från jäsningsprocessen.
När bakterier bryter ner avfall frigörs metan, som kan ledas tillbaka genom systemet för att hjälpa till att driva en anläggning. Processen kräver lite extra energi för att köras och kan ytterligare minska energikostnaderna genom att producera sin egen kraft. Largus Angenent, professor i kemiteknik, och hans team vid Washington University har testat anaerob rötning på avfall från etanolfabriker och funnit att processen kan minska en etanolanläggnings användning av naturgas med 50 procent. Teamet har publicerat resultaten i det senaste numret av tidskriften Miljövetenskap och teknik .
Angenent säger att processen skulle fungera som en kortsiktig lösning tills mer effektivt biobränsle, som cellulosaetanol, är kommersiellt gångbart. Istället för att ha hopp om ny teknik som kommer att förverkligas om 10 eller 20 år, behöver vi teknik som vi kan implementera nu, säger Angenent , som nyligen blev biträdande professor i biologisk och miljöteknik vid Cornell University. Detta är en interimsprocess, och den är från hyllan.
Nästan allt etanolbiobränsle i USA är tillverkat av majs. Vanligtvis ger etanolproduktionen organiskt avfall som sedan konsolideras i två delar: en torr, kakliknande substans och en sirapsliknande lösning, kallad tunn stillage, som läggs ovanpå. Tillsatsen används som djurfoder. Angenent säger att en stor del av detta foder, särskilt tunt depå, som är laddat med salter, ger lågt näringsvärde men kan ha hög energipotential för att driva en växt när den bryts ned via anaerob matsmältning.
För att testa denna teori odlade forskarna termofila bakterier från ett avloppsreningsverk i två små, fem liters anaeroba kokare. Angenent och hans kollegor började sedan sakta mata in avfallsprover i kokarna, som hölls vid 55 °C för att maximera bakteriens aktivitet. När kokarna kördes mätte teamet mängden metan som frigjordes.
De första testerna visade dock att processen producerade mycket lite metan. Angenent gissade att systemet kanske saknade en viktig ingrediens men var osäker på vad det kunde vara. Så teamet grävde i den vetenskapliga litteraturen och fann att metanproducerande bakterier kräver vissa spårämnen för att sätta igång processen - särskilt kobolt.
När Angenent tillsatte kobolt i blandningen, minns han, var det otroligt. Över natten återhämtades processen. I labbtester gav den genomsnittliga produktionen en kvarts liter metan per gram avfall som matades in i rötkammaren. Angenent beräknar att detta antal, skalat upp till industriell produktionshastighet, skulle minska mängden naturgas som behövs för att driva en etanolfabrik med 50 procent.
I en 2006 studie , beräknade forskare vid University of Minnesota den totala mängden energi som används vid produktionen av etanol, från hur mycket det kostar att bygga och köra traktorer till hur mycket det kostar att driva en biobränsleanläggning. De fann att etanol ger knappt 26 procent mer energi än vad som används för att producera det.
När Angenent kopplade in resultaten av sin process i Minnesota-modellen fann han att energiproduktionen höjdes till 70 procent, vilket betyder att anaerob nedbrytning avsevärt ökar energivärdet av etanolbiobränsle. Angenent säger att andelen kan ändras något i ett verkligt scenario om etanolfabriker väljer att installera anaeroba rötkammare.
Om du sätter i en rötkammare har du mycket vätska som måste återvinnas tillbaka i systemet, och det skulle skapa förändringar i hela en anläggning, säger Angenent. Så någon måste göra en studie för att ta reda på vad den nettoenergibalansen egentligen är.
Douglas Tiffany , en forskare vid University of Minnesota och medförfattare till studien 2006, säger att drift av anaeroba kokare i etanolanläggningar kan vara en utmaning, eftersom det kräver expertis för att upprätthålla en stabil bakteriegemenskap vid höga temperaturer och undvika systemkrascher. Men om dessa problem löses, säger Tiffany, kan processen förbättra etanolens energi- och miljöpotential.
Vi kan förbättra dessa befintliga majs-etanolfabriker dramatiskt och minska växthusgaserna mycket mer än de gör idag, säger Tiffany. Den här processen är attraktiv eftersom den är en energisnål strategi med lågt kapital. Det kommer att ta några [etanolproducenter] att sticka ut nacken för att prova det, men när det väl händer i ett antal fabriker borde det fungera ganska bra.