211service.com
Meer energie-efficiënte ethanol
Het maken van maïs-ethanol is een energie-intensief proces, waarbij fossiele brandstoffen nodig zijn om maïs te verbouwen en te oogsten en om de productie-installatie van stroom te voorzien. Om het proces energiezuiniger te maken, stellen onderzoekers van de Washington University voor om een proces te lenen dat wordt gebruikt in brouwerijen en afvalwaterzuiveringsinstallaties: zuurstofloze vaten met bacteriën die zich van nature voeden met organisch afval dat vrijkomt bij het fermentatieproces.
Terwijl bacteriën afval afbreken, komt er methaan vrij, dat door het systeem kan worden teruggeleid om een centrale van stroom te voorzien. Het proces vereist weinig extra energie om te draaien en kan de energiekosten verder verlagen door zijn eigen stroom te produceren. Largus Angenent, een professor in chemische technologie, en zijn team aan de Washington University hebben anaërobe vergisting getest op afval van ethanolfabrieken en ontdekten dat het proces het gebruik van aardgas door een ethanolfabriek met 50 procent zou kunnen verminderen. Het team heeft de resultaten gepubliceerd in het recente nummer van het tijdschrift Milieuwetenschap en -technologie .
Angenent zegt dat het proces zou dienen als een kortetermijnoplossing totdat efficiëntere biobrandstof, zoals cellulose-ethanol, commercieel levensvatbaar is. In plaats van hoop te hebben op nieuwe technologie die over 10 of 20 jaar tot wasdom komt, hebben we technologie nodig die we nu kunnen implementeren, zegt Angenent , die onlangs een assistent-professor biologische en milieutechniek werd aan de Cornell University. Dit is een tussentijds proces, en het is van de plank.
Bijna alle biobrandstof op ethanol in de Verenigde Staten is gemaakt van maïs. Doorgaans levert de ethanolproductie organisch afval op dat vervolgens wordt geconsolideerd in twee delen: een droge, cakeachtige substantie en een stroperige oplossing, dunne stillage genaamd, die er bovenop wordt gelegd. Het brouwsel wordt gebruikt als veevoer. Angenent zegt dat een groot deel van dit voer, met name dunne stelen, die beladen zijn met zouten, een lage voedingswaarde heeft, maar een hoog energiepotentieel kan hebben voor het aandrijven van een plant wanneer het wordt afgebroken via anaërobe vergisting.
Om deze theorie te testen kweekten de onderzoekers thermofiele bacteriën uit een afvalwaterzuiveringsinstallatie in twee kleine anaerobe vergisters van vijf liter. Angenent en zijn collega's begonnen vervolgens langzaam afvalmonsters in de vergisters te voeren, die op 55 ° C werden gehouden om de activiteit van de bacteriën te maximaliseren. Terwijl de vergisters draaiden, mat het team de hoeveelheid vrijgekomen methaan.
Uit de eerste tests bleek echter dat het proces heel weinig methaan produceerde. Angenent vermoedde dat het systeem een essentieel ingrediënt zou missen, maar wist niet wat dat zou kunnen zijn. Dus het team dook in de wetenschappelijke literatuur en ontdekte dat methaanproducerende bacteriën bepaalde sporenelementen nodig hebben om het proces op gang te brengen, met name kobalt.
Toen Angenent kobalt aan de mix toevoegde, herinnert hij zich, was het ongelooflijk. 'S Nachts werd het proces hersteld. In laboratoriumtesten leverde de gemiddelde output een kwart liter methaan op per gram afval dat in de vergister werd ingevoerd. Angenent berekent dat dit aantal, opgeschaald naar industriële productiesnelheden, de hoeveelheid aardgas die nodig is om een ethanolfabriek van stroom te voorzien, met 50 procent zou verminderen.
In een 2006 studie , hebben onderzoekers van de Universiteit van Minnesota de totale hoeveelheid energie berekend die wordt gebruikt bij de productie van ethanol, van hoeveel het kost om tractoren te bouwen en te laten rijden tot hoeveel het kost om een biobrandstoffabriek van stroom te voorzien. Ze ontdekten dat ethanol maar liefst 26 procent meer energie levert dan wordt gebruikt om het te produceren.
Toen Angenent de resultaten van zijn proces in het Minnesota-model stopte, ontdekte hij dat de energie-output tot 70 procent was gestegen, wat betekent dat anaerobe vergisting de energetische waarde van ethanolbiobrandstof aanzienlijk verhoogt. Angenent zegt dat het percentage in een realistisch scenario enigszins kan veranderen als ethanolfabrieken ervoor kiezen om anaerobe vergisters te installeren.
Als je in een vergister stopt, heb je veel vloeistof die terug in het systeem moet worden gerecycled, en dat zou veranderingen in de hele fabriek veroorzaken, zegt Angenent. Dus iemand zal een studie moeten doen om erachter te komen wat die netto energiebalans werkelijk is.
Douglas Tiffany , een onderzoeker aan de Universiteit van Minnesota en een co-auteur van de studie uit 2006, zegt dat het bedienen van anaërobe vergisters in ethanolfabrieken een uitdaging kan zijn, omdat het expertise vereist om een stabiele bacteriële gemeenschap bij hoge temperaturen te behouden en systeemcrashes te voorkomen. Als deze problemen echter worden opgelost, zegt Tiffany, kan het proces het energie- en milieupotentieel van ethanol verbeteren.
We kunnen deze bestaande maïs-ethanolfabrieken drastisch verbeteren en broeikasgassen veel meer terugdringen dan ze nu doen, zegt Tiffany. Dit proces is aantrekkelijk omdat het een energiezuinige en weinig kapitaalkrachtige aanpak is. Het zal een aantal [ethanolproducenten] kosten om hun nek uit te steken om het te proberen, maar als het eenmaal in een aantal fabrieken gebeurt, zou het redelijk goed moeten werken.