Как Работи Целулозният Етанол

{h1}

Целулозният етанол може да ни осигури нов, зелен източник на енергия. Научете всичко за целулозния етанол в WordsSideKick.com.

Съединените щати са използвали средно 20,7 милиона барела петрол всеки ден през 2007 г., повече от която и да е друга държава, и повече от половината от тях е била внесена [източници: EIA, EIA]. Страната обаче се надява да промени този сценарий и американската енергийна политика изпраща ясно послание: Внасяйте по-малко петрол и използвайте повече възобновяеми горива. Последният закон зад съобщението - Законът за енергийна независимост и сигурност от 2007 г., изисква страната да замени 36 милиарда галона от годишната си употреба на петрол с възобновяеми горива до 2022 г. [източник: RFA].

Царевичен етанол и целулозен етанол класиране сред горивата, които ще допринесат за разликата. Ние знаем царевичен етанол. Какви са новите неща? Това е алкохол, приготвен от жилави растителни стъбла, листа и стволове, вместо гъбично нишесте. Засега рафинерии по света могат да го произвеждат само в демонстрационен мащаб. По-сложно е да се направи от царевичен етанол. Ако сега се продаваше на помпата, щеше да е по-скъпо и от царевичния етанол, и от бензина.

Правителството на САЩ инвестира в изследвания за целулозен етанол и рафинерии, включително 1,3 милиарда долара за отпускане на Министерството на енергетиката през 2009 г. [източник: Waltz (2009)]. Финансирането е засяло търговски заводи, които могат да бъдат отворени в Съединените щати още през 2010 г.

Шофирането с целулозен етанол за разлика от чистия бензин има ползи за околната среда и в крайна сметка може да бъде по-евтино от другите течни горива, в зависимост от цената на царевицата и маслото.

Прочетете, за да научите какво може да предложи това новокачествено гориво.

Как работи целулозният етанол: целулозният

Целулозен срещу нишестен етанол

Можете да направите етанол от много растителни захари. Целулозата и нишестето са само два примера. Независимо с какво започвате, процесът на производство на етанол взема от полизахариди или сложни захари от растението, разгражда ги на единични захари и ги превръща в етанол.

Разликите между нишесте и целулозен етанол започват от растенията. В Съединените щати нишестеният етанол се произвежда от царевични ядки. Целулозният етанол обаче започва с целулоза, най-разпространеният въглеродсъдържащ материал на планетата и хемицелулоза, Растенията правят 100 милиарда тона (91 милиарда метрични тона) целулоза всяка година [източник: Кембъл].

Нишестето е как растенията съхраняват енергия, така че е лесно да се разгради. Ензимите в целия природен свят, като алфа-амилазата в устата ни, могат да натрошат нишесте гликоза.

Целулозата и хемицелулозата наподобяват растителна броня. Вътре в стените на клетките те са заплетени с трети здрав материал, лигнин, което прави растенията дървесни.

Ако нишестето се стопи в устата ви и клетъчните стени устоят на разграждане, тогава има смисъл нишестето да се преобразува по-лесно в етанол. Когато започнете с нишесте, рафинериите смилат царевични ядки и добавят общи амилаза ензими, които разграждат нишестето в глюкоза. След това дрождите превръщат глюкозата в етанол.

Когато започнете с целулозна биомаса, производството на етанол е по-бавно и по-сложно. Смилането на растенията е само началото. Рафинерии добавят киселина за разплитане на хемицелулоза, целулоза и лигнин - лигнинът е на път, тъй като не е ферментируем. След това киселината разгражда хемицелулозата до четири компонента захари. Тогава целулозата се освобождава, но ензимите трябва да я разграждат до глюкоза. Сега рафинериите са залепени с пет захари, които се превръщат в етанол. Глюкозата е лесна, но другите не са. Микроби, които естествено ферментират всичките пет захари, лошо понасят биореакторите, така че рафинериите се нуждаят от инженерни микроби или микроби попури. Натрупването на токсин, непълните преобразувания и бавните ензими усложняват процеса и намаляват добива на етанол.

Друго предимство на царевицата е предсказуемото й количество нишесте, докато съдържанието на целулоза и хемицелулоза варира в зависимост от растението [източник: Waltz (2008)]. От друга страна, целулозният етанол притиска някои ползи за околната среда. Той може да превърне отпадъците, а не храната, в етанол. Когато култури като трева се отглеждат за целулоза, те използват по-малко тор и вода, отколкото царевица [източник: NREL]. Ако изследователите могат да се научат да освобождават и ферментират напълно захарите в целулозната биомаса, това ще произвежда повече етанол на обем на растението, отколкото царевичните ядки [източник: Аден].

Прочетете, за да научите как стволовете на дърветата стават гориво.

Почти онлайн

Компаниите изграждат търговски целулозни инсталации за етанол в Съединените щати. В Айова POET планира да произвежда етанол биохимично от царевични кочани. Испанската компания Abengoa планира биохимично да преобразува пшенична слама и царевични стъбла в Канзас. В Грузия Range Fuels планира термохимично да превърне дървесните стърготини в етанол и метанол. И BlueFire има за цел да се възползва от системата за рециклиране на Южна Калифорния и безкрайното лято, като прави етанол от изрезки от трева и битови отпадъци от тревата [източник: Аден].

Приготвяне на целулозен етанол

Производство на целулозен етанол от началото до края

Производство на целулозен етанол от началото до края

Целулозният етанол започва с целулозна биомаса, Почти всеки ствол, листа и дървесни стволове в света отговаря на изискванията, от селскостопански отпадъци до изрязване на трева и рециклиран вестник [източник: BlueFire]. Земеделските производители също могат да растат енергийни култури за целулозна биомаса, включително трева и някои дървета. Наричат ​​ги енергийни култури, защото те растат гъсто в малка площ и не се нуждаят от много други.

Първата стъпка в производството е транспортирането на заводите до рафинерията. Тогава рафинерията също ще произведе етанол биохимично или термохимично.

Първо ще обясним биохимичния метод. Да речем, че сме в страната с царевица в Средния Запад, САЩ. След прибирането на реколтата земеделските стопани връзват сухи царевични стъбла и кочани, които заливат полето и ги карат до близката рафинерия. Отломките се смилат на парчета.

Битовете отиват предварително третиране, където те стръмно в гореща сярна киселина. Клетъчните стени и съдържанието се разтварят. Киселината изтласква лигнин от пътя, за да освободи хемицелулозата, след което разлага хемицелулозата в четирите си захари: ксилоза, маноза, арабиноза и галактоза, Целулозата вече е освободена.

Учените наричат ​​следващата стъпка целулозна хидролиза, Тук киселината се отмива и сместа отива в резервоари с ензими, наречени целулази, които превръщат целулозата в глюкоза.

Сега имаме супа от захари: глюкоза, плюс четири захари на хемицелулоза. Техните концентрации и микробите, използвани в следващия резервоар за ферментация, зависи от видовете растения, с които сте започнали.

Следва идването отделяне. стелаж - всичко, което не е алкохол - се установява на дъното на резервоар и се изпраща за обработка и повторна употреба. Алкохолът стои отгоре и отива към дестилиране, която го пречиства до клас гориво [източник: DOE].

Приготвяне на целулозен етанол термохимично създава предимства. Термохимичният метод преобразува лигнин и получава най-много етанол от дърво или от всяко растение [източник: NREL]. Термохимичната конверсия също има недостатъци, включително скъпи катализатори и натрупване на катран, които трябва да бъдат почистени.

Докато рафинериите поръчват термохимичните стъпки по различен начин, те започват със сушенето на растенията. След това растенията се изгарят в а синтез газили "syngas", направени от въглероден оксид (CO) и водород (H2). Тъй като газификацията също образува катран и сяра, които пречат на получаването на етанол, газовете отиват в а катран реформатор, което химически преобразува тези препятствия в повече синги. Газът се почиства отново, за да се доближи до чисти CO и H2, след това се компресира и се движи върху метален катализатор. Катализаторът изгражда газовете обратно в молекули по избор: етанол или въглеводороди, подобни на бензин. Разделенията отстраняват етанола [източник: NREL].

И при двата метода етанолът се транспортира до специални станции, за да се смеси с бензин, пристигащ на бензиностанции след това.

Целулозни емисии на етанол

Правите ли на околната среда услуга, като шофирате с целулозен етанол, вместо с царевичен етанол или бензин? Това е често срещан въпрос без лесен отговор. Учените все още увеличават разходите за околната среда и ползите от целулозния етанол. Когато сравняват горивата, те отчитат въздействието върху „живота“ на горивото. За бензина този жизнен цикъл включва добив на нефт, тръбопроводи или транспортиране до рафинерията, добив на бензин, тръбопроводи до бензиностанции и накрая се изпуска от автомобили. За целулозния етанол жизненият цикъл е подобен, но започва с отглеждане на растенията.

Учените използват модели, за да добавят въздействията на горивото през живота му. Но целулозният етанол е трудно да се моделира, тъй като досега никой не добива целулозна биомаса в големи количества или не произвежда търговски целулозен етанол.

Ние също трябва да решим какво представлява „най-доброто“ за околната среда и за нас. Искаме ли да сведем до минимум парникови газове, замърсяване на водата или причиняващи рак агенти в автомобилните ауспух? Най-доброто гориво се сменя с въпроса.

Що се отнася до отговорите, ето какво казват моделите. От фермата до автомобила целулозният етанол отделя по-малко парникови газове от бензина (86 процента по-малко) и царевичния етанол (52 процента по-малко от бензина) [източник: Уанг]. За парниковите газове говорим за въглероден диоксид, метан и азотен оксид. Числата предполагат, че рафинерии за етанол работят на екологично чисти дървени стърготини, а нефтените рафинерии работят на въглища.

Проучванията сравняват емисиите от автомобили, работещи на етанол и бензин. Но едно нещо, което трябва да се разбере, е, че в Съединените щати никой не кара на 100 процента етанол (освен ако не се състезавате в Indy 500). Американските разпоредби изискват горивните алкохоли да бъдат непропиваеми и разредени до 95,5 процента. Тъй като двигателите не стартират добре в студа на 95,5 процента етанол, най-високият процент на етанолово гориво, продавано в Съединените щати, е E85, което е 85 процента етанол и 15 процента бензин [източник: Аден]. (Но автомобилите работят на Е95 в слънчева Бразилия.)

E85 не е светско гориво. Изгарянето му отделя токсини и замърсители, също като бензин или дизел. Двата автомобилни емисии за гледане са инфилтрация емисии - накисване на гориво през тръбите и маркучите на автомобила - и вредни емисии, Проницаемите емисии са най-лошите при автомобилите, работещи на смеси с нисък етанол, вариращи от 6 до 20 процента. Те са по-добри за чист бензин и най-добри за E85 [източник: CRC]. Колата ви също има значение. Автомобилите, произведени през 2000 г., са по-лоши от тези, произведени от 2004 г. насам, и няма да имате проблеми с автомобилите с марка „PZEV“ или с частични превозни средства с нулеви емисии.

Етанолови тръбопроводи

Американското министерство на енергетиката проверява дали етанолът може да бъде разпределен през съществуващите газопроводи в Съединените щати. Това ще бъде по-евтино от изграждането на нови тръбопроводи, но етанолът може да разяде старите бензинови тръби [източник: DOE]. Дотогава ще бъде скъпо да се разпространява етанол извън Средния Запад, където се прави голяма част от него.

Предимства на целулозния етанол

За здравето на средния жител на града, емисиите на E85 дават смесена благословия, а не непременно пряка полза. Те съдържат по-малко въглероден окис от бензина, което може да влоши сърдечните заболявания. Те също така нарязват азотните окиси, онези прословути извършители на киселинен дъжд, смог и мъгла, до половината от нивото на бензин [източник: Яновиц]. И накрая, E85 понижава емисиите на две вещества, причиняващи рак, бензен и 1,3-бутадиен, под бензин, но драстично повишава две други вероятни канцерогенни вещества, ацеталдехид и формалдехид. Изследователите, финансирани от правителството на САЩ, стигнаха до извода, че общата токсичност за емисиите от изпускателната тръба от бензин и E85 е една и съща [източник: Яновиц].

Най-голямото предимство на производството на етанол от целулоза е неизчерпаемостта и удобството на целулозната биомаса. Той е по-достъпен от царевица или друг източник на етанол, или за този въпрос, всеки съществуващ източник на гориво. Когато се направи разумно, производството на целулозен етанол може да се освободи от отпадъците и да направи гориво. Ако сте от убеждаването на анти парниковите газове, производството и изгарянето му отделят по-малко парникови газове от бензина. Той има и други ползи за околната среда и чистия въздух, за които четете в последния раздел. Ако не харесвате пробиването на нефт, вноса на петрол, искате алтернатива на бензиновата помпа, когато цените на петрола или царевицата се увеличат или смятате, че има ограничение за това колко може да направи царевицата с гориво, целулозният етанол предлага алтернатива.

Това е добрата новина. Ами лошите новини?

Автомобили с етанол

Повечето по-нови автомобили могат да работят на E10, смес от 10 процента етанол и 90 процента бензин. Имате нужда от превозно средство с гъвкаво гориво, което има силна горивна линия и кислороден сензор в двигателя, за да регулирате сместа гориво-въздух, за да карате на по-високи смеси, като E85. В наши дни колите, които работят на E85, струват приблизително същото като тези, които се движат на бензин [източник: Аден].

Притеснения относно целулозния етанол

Както можете да видите, E85 струва по-малко на тази бензиностанция в Белмонт, Уисконси, благодарение на данъчен кредит, който в крайна сметка би се възползвал и от целулозен етанол.

Както можете да видите, E85 струва по-малко на тази бензиностанция в Белмонт, Уисконси, благодарение на данъчен кредит, който в крайна сметка би се възползвал и от целулозен етанол.

"Критиците са много", казва Анди Аден, технологичен инженер, който изучава производството на целулозен етанол в Националната лаборатория за възобновяема енергия в град Голдън, Колорадо.

Едно притеснение е разходът на производството. Понастоящем целулозният етанол струва повече за производството от галона, отколкото царевичния етанол, който е по-скъп от бензина. В САЩ цената на царевичния етанол се понижава изкуствено, благодарение на данъчен кредит от 0,51 долара за субектите, които го смесват с бензин, което също би помогнало на целулозния етанол. Критиците посочват това, което повечето рафинерии за целулозен етанол не могат да направят: произвеждат достатъчно етанол, който да се продаде на бензиностанции.

Оптимистичните изследователи казват, че производствените разходи ще спаднат с преразглеждането на етапите на производство. Министерството на енергетиката на САЩ определи еталон за целулозен етанол, за да бъде конкурентен на бензина до 2012 г., при производствена цена от 1,33 долара за галон. "Все още се опитваме да ударим това", казва Аден. Четири компании, които планират да открият рафинерии в търговски мащаб в Съединените щати през следващите четири години, поне виждат печалба в опитите си.

"Ако ще произвеждате биогориво от биомаса в много големи мащаби, откъде ще дойде земята, за да го отглеждате?" пита Аден, обобщавайки още една загриженост относно целулозния етанол. Някои групи предвиждат разпространението на трева над страната като плевел и зарежда енергийните култури да се конкурират с хранителни култури. Храната и целулозната биомаса могат да идват от едно и също растение, ако царевицата е храна, а стъблата - целулозна биомаса. Използването на "градско зелено" или дворови отпадъци за приготвяне на етанол не изисква нова земя. Дори при сценарий на засаждане, трева може да расте върху парцели, твърде малки или разградени, за да поддържа хранителни култури, където ще възстанови хранителните вещества, казва Аден.

Други критици разглеждат тропическите гори. Ако развитите страни допълнят употребата на нефт с целулозен етанол, те ще изнасят търсенето на целулоза за развиващите се страни, които имат големи гори. Тези държави биха спечелили най-бързите пари чрез ясно разкрояване. Не е необходимо обаче да се хаква свежи дървета за целулоза, когато обичайните дейности като земеделие, управление на горски пожари и смилане на хартия произвеждат целулозна биомаса, която иначе се третира като отпадък. Правителствата също могат да регулират дали и как се отглеждат тропическите гори.

Пробегът с малък разход на гориво също е спад на етанола. Дори ако струва по-малко на помпата, колата ви ще измине 25 процента по-малко мили на резервоар с Е85, отколкото на бензин, казва Аден.

Ползите и недостатъците си струва да се претеглят, но целулозният етанол трябва да изчисти техническите и икономическите пречки, преди да се появи на бензиновата помпа близо до вас.

Продължете да четете за повече връзки към бъдещето на зелените технологии.

Акра до Галони

С настоящата технология рафинериите могат да преобразуват 1 декар (0,4 хектара) царевични стъбла в поле до 240 галона (908 литра) етанол. Ако земеделските стопани станат квалифицирани с трева, то 1 декар от него ще даде 900 галона (3,407 литра) етанол. За да достигнем мандата на Закона за сигурност на енергетиката от 16 милиарда галона (60,6 милиарда литра) целулозен етанол през 2022 г., ще ни трябват 67 милиона декара (27 милиона хектара) царевични стъбла, което е около площта на Колорадо, или 18 милиона декари трева (7,3 милиона хектара), което е малко по-голямо от Западна Вирджиния [източник: Аден].


Видео Добавка: .




Изследване


Защо Неандерталците Изчезнаха?
Защо Неандерталците Изчезнаха?

Гренландия Изгуби 217 Милиарда Тона Лед Миналия Месец
Гренландия Изгуби 217 Милиарда Тона Лед Миналия Месец

Наука Новини


Биофийдбек Видео Игра Помага На Децата Да Контролират Гнева
Биофийдбек Видео Игра Помага На Децата Да Контролират Гнева

На Лама: 10 От Най-Големите Артисти За Бягство На Животни
На Лама: 10 От Най-Големите Артисти За Бягство На Животни

Слънчевите Затъмнения За Преследване На Слънчевите Затъмнения Имат За Цел Да Разрешат Мистерията На Короната На Слънцето
Слънчевите Затъмнения За Преследване На Слънчевите Затъмнения Имат За Цел Да Разрешат Мистерията На Короната На Слънцето

"Polar Vortex" Създава Огромна Разлика В Температурата В Сащ

Евакуации На Урагани: Защо Някои Няма Да Отидат
Евакуации На Урагани: Защо Някои Няма Да Отидат


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2020 BG.WordsSideKick.com