211service.com
Gebruik van superkritisch water kan de kosten voor ethanol verlagen
Renmatix , een startup gevestigd in Kennesaw, Georgia, gebruikt water onder hoge druk en temperatuur om houtsnippers om te zetten in suiker, die vervolgens kan worden gefermenteerd om biobrandstoffen en andere chemicaliën te maken. Het bedrijf zegt dat het proces suiker kan produceren voor dezelfde prijs als het maken van suikerriet, wat heeft geleid tot winstgevende productie van biobrandstoffen in Brazilië.
Superomzetter: Een zak vermalen houtsnippers voedt een systeem dat het hout omzet in suiker met behulp van superkritisch water in deze Renmatix-demonstratiefabriek in Georgië.
Renmatix pakt de moeilijkste stap aan bij het produceren van ethanol uit overvloedige cellulosematerialen zoals houtsnippers, in plaats van uit maïs- of suikergewassen. Zodra de suiker is gemaakt, kan dezelfde technologie die wordt gebruikt in een conventionele maïs- of suikerriet-ethanolfabriek, worden gebruikt om ethanol te produceren.
Tot nu toe heeft Renmatix de technologie alleen op kleine schaal gedemonstreerd, met een faciliteit die drie ton houtsnippers per dag kan verwerken. Zoals bij alle geavanceerde biobrandstoffenbedrijven, zal een van de grootste uitdagingen zijn om investeerders te overtuigen om het geld te overhandigen dat nodig is om een grotere commerciële faciliteit te bouwen om te bewijzen dat de onderneming commercieel levensvatbaar is. Het Amerikaanse Environmental Protection Agency is gedwongen af te zien van de eisen voor cellulose-ethanol omdat er nog geen commerciële fabrieken zijn gebouwd voor het omzetten van cellulosemateriaal in ethanol. Door de kosten voor het produceren van suiker uit cellulosematerialen te verlagen, hoopt Renmatix eindelijk deze blokkade te doorbreken.
Onderzoekers en bedrijven hebben vele methoden geprobeerd om cellulose in suiker om te zetten. Sommige omvatten het afbreken van de biomassa met behulp van zuren of speciaal op maat gemaakte enzymen. Andere gebruiken warmte en druk om biomassa om te zetten in waterstof en koolmonoxide, die met anorganische katalysatoren kunnen worden omgezet in biobrandstof. Elke methode heeft nadelen: enzymen zijn duur; zuren zijn giftig. Beide processen zijn traag en vereisen dure apparatuur. De processen die hoge hitte en anorganische katalysatoren gebruiken, hebben ook relatief lage opbrengsten van de gewenste brandstoffen.
In plaats van enzymen of zuren te gebruiken, gebruikt Renmatix superkritisch water: water bij zeer hoge temperaturen en drukken. Onder deze omstandigheden zal cellulose oplossen en zeer snel afbreken tot suikermoleculen. De reacties duren seconden, vergeleken met dagen voor sommige andere processen. Vanwege de hoge reactiesnelheid kan een relatief kleine hoeveelheid apparatuur een grote hoeveelheid suiker produceren, waardoor de kapitaalkosten laag blijven. Kleinere apparatuur zou het ook mogelijk kunnen maken om de productie van biobrandstoffen te distribueren, waardoor de transportkosten van biomassa worden verlaagd.
Suiker aanbod: Een werknemer bij Renmatix pompt suiker geproduceerd door het nieuwe superkritische waterproces van het bedrijf in een opslagcontainer.
Werken met superkritisch water brengt echter uitdagingen met zich mee. De materialen die kunnen worden gebruikt met superkritisch water zijn beperkt - het lost bijvoorbeeld glas op. De extreem snelle reacties maken het ook moeilijk om ervoor te zorgen dat de chemie niet te ver gaat en ongewenste bijproducten produceert. In eerdere pogingen heeft het superkritische water een deel van de geproduceerde suiker gedehydrateerd, wat resulteert in verbindingen die de gist kunnen vergiftigen die wordt gebruikt om suiker om te zetten in ethanol. Typisch levert het proces ook een relatief kleine hoeveelheid suiker op uit een bepaalde hoeveelheid biomassa.
Fred Moesler, vice-president procestechnologie van Renmatix, zegt dat het bedrijf deze problemen heeft overwonnen. Het bedrijf heeft niet gezegd hoe het dit doet, maar Gary Aurand, een onderzoekswetenschapper aan de Universiteit van Iowa die bekend is met het bedrijf vanaf het begin (toen het bekend stond als Sriya Innovations), suggereert dat het bedrijf mogelijk superkritische water in slechts een deel van het proces.
Om biomassa om te zetten in suiker met superkritisch water, wordt biomassa eerst tot kleine deeltjes vermalen en vervolgens cellulose in water opgelost. Zonder het op te lossen, worden alleen de cellulosemoleculen aan het oppervlak van de deeltjes afgebroken, wat resulteert in een lage suikerproductie. Nadat de cellulose is opgelost, zal verdere blootstelling aan hoge temperaturen en druk de cellulosemoleculen afbreken tot suiker.
Aurand zegt dat water alleen superkritisch hoeft te zijn voor de oplosstap. Als Renmatix een systeem zou kunnen ontwikkelen om het opgeloste materiaal naar een gebied met lagere temperatuur en druk te verplaatsen, zou het het proces van het afbreken van de cellulose tot suiker kunnen vertragen, waardoor de vorming van ongewenste verbindingen wordt voorkomen.
Alles wat Renmatix heeft gezegd, is dat het twee stappen gebruikt om cellulose en een soortgelijk materiaal, hemicellulose, af te breken. Door cellulose af te breken, ontstaat glucose, de suiker die gist gemakkelijk kan gebruiken om ethanol te produceren. Door hemicellulose af te breken, wordt een andere suiker geproduceerd, xylose genaamd, die niet werkt met conventionele fermentatie, maar die kan worden gebruikt in sommige geavanceerde biobrandstoffen en biochemische processen. De economie van het proces zal afhangen van de markt voor xylose.
Renmatix heeft een deel van het geld opgehaald voor een fabriek die 100.000 ton suiker per jaar kan produceren - groot genoeg om aan te tonen dat het proces commercieel potentieel heeft, zegt het. Maar het bedrijf werkt nog steeds aan het verkrijgen van de leningen die nodig zijn om door te gaan. In het verleden werd het gebruik van superkritisch water voor de verwerking van biomassa gezien als oneconomisch, dus het kan moeilijk zijn om banken ertoe te brengen zich aan te melden. Er is weinig bekend over de technologie, zegt Andy Aden , manager bioraffinage-analyse bij het National Renewable Energy Laboratory in Golden, Colorado. Op basis van eerdere berekeningen zegt hij dat het waarschijnlijk duur zal zijn.