Gazlaştırma sürecinde biyokütle karbon, fermantasyon veya termo katalitik işlemlerle etanol üretiminde kullanılan karbon monoksit, hidrojen ve karbondioksit elde etmek için kısmi yanma yoluyla gaza dönüştürülen hammaddedir. kimya (örneğin, Fischer-Tropsch işlemi). Katalizörler, demir ve kobalt gibi elementlere dayanmaktadır.
Temel kavramlar
Mısır Etanol
1. Tahıl Öğütme:
Mısır taneleri, un elde etmek için ince öğütülür.
2. Mısır Kütlesi ve Isıtma:
Bir masa (püre) elde etmek için mısır ununa sıvı beslemesi.
Nişastayı sıvı bir çözeltiye dönüştürmek ve hamurda bulunan bakterileri ortadan kaldırmak için işlemin sıcaklığını arttırın.
3. Enzimatik Hidroliz:
Uzun karbonhidrat zincirlerini parçalamak (kırmak), nişastayı kısa glikoz zincirlerine (6 karbonlu basit şeker) ve sonunda ayrı ayrı glikoz moleküllerine dönüştürmek için enzimlerin tedariki.
4. Maya Fermantasyonu:
Hidrolize kütle, glikozu etanol ve karbon dioksite (CO2) dönüştürmek için mikroorganizmaların (mayaların) eklendiği bir fermantasyon tankına aktarılır.
Fermantasyon işlemi sırasında üretilen büyük miktarlarda CO2 geri kazanılır ve diğer endüstrilere (örneğin gazlı içecekler, kuru buz, vb.) Satış için sıkıştırılır.
5. Damıtma:
Fermantasyon ürünü (biraya benzer)% 10 ile% 12 arasında etanol (alkol) ile hamur ve mayadan kalıntılar içerir. Bu ürün, etanolden katı kalıntıları ve suyu çıkarmak için birkaç kolon aracılığıyla damıtma odasına pompalanır.
Etanoldeki saflık damıtma sonrası yaklaşık% 96'dır.
Tankın alt kısmında bulunan katı atıklar dışarıya pompalanır ve canlı hayvan yemi için protein açısından zengin yan ürünler olarak işlenir.
6. Dehidrasyon:
için. Etanolde kalan az miktarda su, molekülleri tutmak için filtrelerle uzaklaştırılır. Bu filtreler, suyu emen bir dizi küçük granül içerir. Etanol molekülleri, filtrelerden geçmelerini engelleyen boyut olarak daha büyüktür. Bu şekilde alkol derecesi 200 Proof ile etanol elde edilir.
Sevkiyattan önce, etanolün denatüre edilmesi için etanol benzinle (~% 5) karıştırılır. Bu şekilde alkollü bir içecek olarak etanol alımından kaçınılır.
Yorum:
Etanol üretiminde makinelere güç sağlamak için mısır gibi yiyecekler kullanılmamalıdır.
Mısır, insanlara enerji sağlayan besindir.
Selülozik Etanol
1. Sebze Kalıntıları:
Sebzelerdeki maddenin çoğu üç ana polimerden oluşur: a) Selüloz (% 35 ila% 50). b) Hemiselüloz (% 20 ila% 35). c) Lignin (% 10 ila% 25). Bu polimerler, bitkilerdeki hücre duvarları içindeki karmaşık montajlarla oluşturulur ve birbirine bağlanır.
Selüloz ve hemiselüloz, fermente olabilen şekerlere dönüştürülebilen karbonhidratlardır. Biyokütledeki selüloz ve hemiselüloz kısımları, farklı yapılara ve şeker içeriğine sahip oldukları için ayrı ayrı işlenir.
Selüloz, katı bir üç boyutlu kristal yapı içine yerleştirilmiş uzun glikoz molekülleri zincirlerinden (6 karbonlu basit şekerler) oluşur.
Hemiselüloz, esas olarak ksiloz moleküllerinden (basit 5 karbonlu şekerler) ve diğer şekerlerden oluşan dallı bir polimerdir. Lignin, karbonhidrat değil, sert aromatik bir polimer olduğu için etanole dönüştürülemez.
2. Mekanik İşlem:
Biyokütle (bitki artıkları) ezilir, ancak istenmeyen maddeler ortadan kaldırılmadan önce.
3. Biyokütlede Ön İşlem:
Selüloz, hemiselüloz ve lignini biyokütleden serbest bırakmak için ısı, basınç veya asitler uygulanır. Bu şekilde, selüloz enzimlerin etkisine (hidroliz) daha erişilebilir hale gelir ve hemiselüloz, 5 ve 6 karbon içeren çözünür bir şeker karışımına hidrolize edilir. Selülozun küçük bir kısmı glikoza dönüştürülebilir. Asitler bu işlemde kullanıldığında kireç ilavesiyle nötralize edilir. Biyokütle farklı kaynaklardan (çimen, saman, koçan, odun, kağıt) geldiği için genellikle yalnızca bir tür işlem (ısı, basınç, asit) uygulanabilir değildir. Hidroliz = suyun başka bir maddeyle kimyasal reaksiyonu.
4. Ayırma:
Hemiselüloz şeker şurubu, lignin ve kristalin selüloz içeren katı liflerden ayrılır.
5. Hemiselüloz Şekerlerin Fermantasyonu:
Bir dizi biyokimyasal reaksiyon yoluyla, bakteriler ksiloz ve diğer hemiselüloz şekerleri etanole dönüştürür.
6. Enzim Üretimi:
Biyokütlenin bazı katı kısımları, kristalin selülozu parçalayan selülaz enzimlerini üretmek için kullanılır. Bu enzimler mikroorganizma kültürlerinden elde edilir. Enzim satın almak, sürecin bu aşamasını ortadan kaldıracaktır.
7. Selülozun Hidrolizi:
Selüloz ve ligninde bulunan lifli kalıntılar, selülaz enzimlerinin sağlandığı bir fermantasyon tankına aktarılır.
Çeşitli selülazların bir karışımı, kristalleşme olmaksızın selüloz zincirleri elde etmek için kristalin selülozu degrade etmek ve son olarak her bir selüloz zincirini ayrı ayrı glikoz moleküllerine parçalamak için birlikte çalışır.
8. Selüloz Şekerlerin (Glikoz) Fermantasyonu:
Mayalar veya diğer mikroorganizmalar glikoz (selüloz şekerleri) tüketir ve glikoza fermantasyonun bir sonucu olarak karbondioksit ile birlikte etanol üretir.
9. Damıtma:
Hemiselüloz ve selüloz şekerlerin fermentasyonu sırasında üretilen seyreltik etanol, suyu uzaklaştırmak ve etanolü konsantre etmek için damıtılır. Linyin ve mikroorganizma hücreleri içeren katı atıklar, işlemde ihtiyaç duyulan elektrik ve ısıyı üretmek için yakıt olarak kullanılabilir veya hayvan yemi veya tarımsal gübreleme için yan ürünlere dönüştürülebilir.
10. Dehidrasyon:
Kalan su damıtılmış etanolden çıkarılır.
Gazlaştırma Yoluyla Selülozik Etanol Elde Etme
Gazlaştırma sürecinde biyokütle karbon, fermantasyon veya termo katalitik işlemlerle etanol üretiminde kullanılan karbon monoksit, hidrojen ve karbondioksit elde etmek için kısmi yanma yoluyla gaza dönüştürülen hammaddedir. kimya (örneğin, Fischer-Tropsch işlemi). Katalizörler, demir ve kobalt gibi elementlere dayanmaktadır.
Gazlar: karbon monoksit, hidrojen ve karbondioksit, gazları (karbon monoksit, hidrojen, karbondioksit) asimile eden Clostridium ljungdahlii gibi mikroorganizmalar tarafından fermantasyon işlemlerine tabi tutulur ve asimilasyon sonucunda etanol ve su üretilir.. Etanol, damıtma ile sudan ayrılır.
Selülozik Etanol Üretimindeki Engeller
Selülozik etanol üretimindeki engeller arasında şunlar yer almaktadır:
- Biyokütle miktarı başına daha düşük ortalama şeker. Selülozun kalıcı yapısı şeker elde etmeyi zorlaştırır. Yani, lignin ile birlikte bitkilerin hücre duvarlarındaki rijit yapılar içinde korunan hemiselüloz ve selülozun ön işlemden geçirilmesi ve çözündürülmesinde daha iyi yöntemler gerekmektedir. Biyokütlede etanol elde etmek için yoğun ön işlemler, enzimatik hidrolizi engelleyen ve fermantasyonda mikroorganizmaların üretkenliğini azaltan kimyasal alt ürünler oluşturur. Selülozun kristal formu, sulu enzim çözeltilerinin selülozu glikoza dönüştürmesini zorlaştırır. Hemiselülozda hidrolizle oluşturulan 5 ve 6 karbonlu şeker karışımı. 5 veya 6 karbonlu şekerleri fermente edebilen mikroorganizmalar vardır,ancak bu mikroorganizmalar, şeker fermantasyonunda daha düşük üretim ortalamaları ve nihai ürün olarak etanole düşük tolerans göstermektedir. 5 ve 6 karbonlu şeker karışımı ile etanol üretimi, şekerlerin fermentasyonunda mısır nişastasının elde edilenden daha düşüktür.
