التحول الحيوي للكتلة الحيوية إلى وقود كحولي مختلط

يمكن تحقيق التحول الأحيائي للكتلة الحيوية إلى الوقود الكحولي المختلط باستخدام عملية MixAlco. من خلال التحول الحيوي للكتلة الحيوية إلى وقود كحولي مختلط ، سينتهي الأمر بمزيد من الطاقة من الكتلة الحيوية كوقود سائل بدلاً من تحويل الكتلة الحيوية إلى إيثانول بواسطة تخمر الخميرة.

تتضمن العملية طريقة بيولوجية / كيميائية لتحويل أي مادة قابلة للتحلل البيولوجي (مثل النفايات الحضرية ، مثل النفايات الصلبة البلدية ، والنفايات القابلة للتحلل البيولوجي ، وحمأة المجاري ، والمخلفات الزراعية مثل قمع الذرة ، وتفل قصب السكر ، وقطن القطن ، والسماد) إلى مفيدا المواد الكيميائية ، مثل الأحماض الكربوكسيلية (مثل ، acetic ، propionic ، وحمض butyric) ، والكيتونات (على سبيل المثال ، الأسيتون ، ميثيل إيثيل كيتون ، ثنائي إيثيل كيتون) والوقود الحيوي ، مثل خليط من الكحوليات الأولية (مثل الإيثانول ، البروبانول ، ن – بيوتانول ) و / أو خليط من الكحولات الثانوية (على سبيل المثال ، الأيزوبروبانول ، 2-بيوتانول ، 3 – البنتانول). وبسبب العديد من المنتجات التي يمكن إنتاجها اقتصاديًا ، فإن هذه العملية هي مصفاة حيوية حقيقية.

تستخدم العملية استزراع مختلط للكائنات الحية الدقيقة الموجودة طبيعياً والتي توجد في الموائل الطبيعية مثل كرش الأبقار ، وجرث النمل الأبيض ، والمستنقعات البحرية والأرضية إلى الكتلة الحيوية اللاهوائية بشكل لاخر ، إلى خليط من الأحماض الكربوكسيلية المنتجة خلال المراحل الحمضية والمركبة acetogenic من الهضم اللاهوائي ، ومع ذلك مع تثبيط المرحلة النهائية methanogenic. تستخدم الطرق الأكثر شيوعًا لإنتاج الإيثانول والإيثانول السليولوزي إنزيمات يجب عزلها أولاً ليتم إضافتها إلى الكتلة الحيوية وبالتالي تحويل النشا أو السليلوز إلى سكاكر بسيطة ، يتبعها تخمر الخميرة في الإيثانول. لا تحتاج هذه العملية إلى إضافة مثل هذه الإنزيمات لأن هذه الكائنات الحية الدقيقة تصنعها بنفسها.

بما أن الميكروغيات تهضم الكتلة الحيوية تمامًا وتحولها إلى خليط من الأحماض الكربوكسيلية ، فيجب التحكم في الأس الهيدروجيني. ويتم ذلك عن طريق إضافة عامل تخزين (على سبيل المثال ، بيكربونات الأمونيوم ، كربونات الكالسيوم) ، مما ينتج عنه خليط من أملاح الكربوكسيل.يتم تثبيط الميثان ، كونها المرحلة النهائية الطبيعية للهضم اللاهوائي ، عن طريق وجود أيونات الأمونيوم أو بإضافة مثبط (مثل اليودوفورم).يحتوي مرق التخمير الناتج على أملاح الكربوكسيلات المنتجة التي يجب تفريغها. ويتحقق ذلك بكفاءة عن طريق تبخر ضغط البخار. ويمكن بعد ذلك إجراء تكرير كيميائي آخر لمرقلة التخمير المجففة بالبخار اعتمادًا على المنتج النهائي الكيميائي أو الوقود الحيوي المرغوب.

يتم إعادة تدوير الماء المقطر المكثف من نظام التبخر بضغط البخار إلى التخمر. من ناحية أخرى ، إذا تم استخدام مياه الصرف الصحي الخام أو مياه الصرف الصحي الأخرى ذات الطلب الأوكسجيني البيولوجي العالي في حاجة إلى المعالجة كماء للتخمير ، يمكن إعادة تدوير الماء المقطر المكثف من التبخر إلى المدينة أو إلى المصدر الأصلي للارتفاع مياه الصرف الصحي وبالتالي ، يمكن لهذه العملية أيضا أن تكون بمثابة مرفق لمعالجة المياه ، في حين تنتج المواد الكيميائية أو الوقود الحيوي القيمة.

لأن النظام يستخدم ثقافة مختلطة من الكائنات الحية الدقيقة ، بالإضافة إلى عدم الحاجة إلى إضافة أي إنزيم ، فإن التخمر لا يتطلب أي عقم أو ظروف معقمة ، مما يجعل هذه الخطوة الأمامية في العملية أكثر اقتصادية من الطرق الأكثر شعبية لإنتاج الإيثانول السليلوزي. هذه الوفورات في الواجهة الأمامية للعملية ، حيث تكون الأحجام كبيرة ، تسمح بمرونة لمزيد من التحولات الكيميائية بعد نزح المياه ، حيث تكون الأحجام صغيرة.

الأحماض الكربوكسيلية
يمكن إعادة إنتاج أحماض الكربوكسيلية من أملاح الكربوكسيل باستخدام عملية تعرف باسم “الانبعاث الحمضي”. تستفيد هذه العملية من أمين ثلاثي عالي الوزن الجزيئي (على سبيل المثال ، ثلاثي أوكتيل أمين) ، والذي يتم تحويله مع الكاتيون (على سبيل المثال ، الأمونيوم أو الكالسيوم). ويمكن بعد ذلك أن تتحلل الكربوكسيلات الأميني الناتج في الأمينات نفسها ، والتي يتم إعادة تدويرها ، وحمض الكربوكسيل المقابل.بهذه الطريقة ، نظريًا ، لا يتم استهلاك أي مواد كيميائية أو نفايات تنتج أثناء هذه الخطوة.

الكيتونات
هناك طريقتان لصنع الكيتونات. الأولى تتكون من تحويل أملاح الكربوكسيل الكالسيوم حرارياً إلى الكيتونات المقابلة. كانت هذه طريقة شائعة لصنع الأسيتون من أسيتات الكالسيوم أثناء الحرب العالمية الأولى. والطريقة الأخرى لصنع الكيتونات تتمثل في تحويل الأحماض الكربوكسيلية المتبخرة على طبقة محفزة من أكسيد الزركونيوم.

الكحول
الكحوليات الأولية
يمكن استخدام بقايا غير مهضومة من التخمير في التغويز لصنع الهيدروجين (H2). يمكن استخدام H2 هذا للهيدروجين لتحليل الإسترات على محفز (على سبيل المثال ، الكروميت النحاس) ، والتي يتم إنتاجها عن طريق إستررة أملاح الكربوكسيل الأمونيوم (على سبيل المثال ، أسيتات الأمونيوم ، البروبيونات ، الزبدات) أو الأحماض الكربوكسيلية (على سبيل المثال ، acetic ، propionic ، وحمض البوتريك) مع الكحول عالية الوزن الجزيئي (على سبيل المثال ، هكسانول ، هيبتانول). من تحليل الهيدروجين ، المنتجات النهائية هي الكحول عالي الوزن الجزيئي ، الذي يعاد تدويره إلى الأسترة ، والكحول الأولي المقابل (على سبيل المثال ، الإيثانول ، البروبانول ، البوتانول).

الكحولات الثانوية
يتم الحصول على الكحولات الثانوية (مثل الأيزوبروبانول ، 2-بيوتانول ، 3-بنتانول) من خلال هدرجة على محفز (على سبيل المثال ، نيكل راني) الكيتونات المقابلة (على سبيل المثال ، الأسيتون ، ميثيل إيثيل كيتون ، ثنائي إيثيل الكيتون).

إسقاط الوقود الحيوي
قد تخضع الكحولات الأولية أو الثانوية التي تم الحصول عليها على النحو الموصوف أعلاه للتحول إلى الوقود الحيوي المسقط ، الوقود المتوافق مع البنية التحتية الحالية للوقود الأحفوري مثل الوقود الحيوي ، الديزل الأخضر والوقود الحيوي. ويتم ذلك عن طريق إخضاع الكحوليات للجفاف متبوعة بالأولي olميرات باستخدام محفزات الزيوليت بطريقة مشابهة لعملية الميثانكس ، التي تستخدم لإنتاج البنزين من الميثانول في نيوزيلندا.

حمض الخليك مقابل الإيثانول
لا بد أن تكون مصانع إنتاج السليلوز والإيثانول مصدِّرة صافية للكهرباء ، لأن جزءًا كبيرًا من الكتلة الحيوية للليغلوكوز ، أي اللجنين ، لا يزال غير مهدد ويجب حرقه ، وبالتالي إنتاج الكهرباء للمصنع والكهرباء الزائدة للشبكة. ومع نمو السوق ، وتصبح هذه التكنولوجيا أكثر انتشارًا ، تقترن بالوقود السائل وتصبح أسواق الكهرباء أكثر صعوبة.

حمض الخليك ، على عكس الإيثانول ، يتم إنتاجه بيولوجيًا من السكريات البسيطة دون إنتاج ثاني أكسيد الكربون:

6 H 12 O 6 → 2 CH 3 CH 2 OH + 2 CO 2
(الإنتاج البيولوجي للإيثانول)

6 H 12 O 6 → 3 CH 3 COOH
(الإنتاج البيولوجي لحمض الأسيتيك)

وبسبب هذا ، على أساس الكتلة ، فإن العائد سيكون أعلى من التخمير في الإيثانول. إذا تم استخدام البقايا غير المهضومة (غالباً اللجنين) لإنتاج الهيدروجين عن طريق التغويز ، فمن المؤكد أن المزيد من الطاقة من الكتلة الحيوية سينتهي بها كوقود سائل بدلاً من الحرارة الزائدة / الكهرباء.

3 CH 3 COOH + 6 H 2 → 3 CH 3 CH 2 OH + 3 H 2 O
(هدرجة حمض الأسيتيك)

6 H 12 O 6 (من السليلوز) + 6 H 2 (من اللجنين) → 3 CH 3 CH 2 OH + 3 H 2 O
(رد الفعل العام)
ويرد وصف أكثر شمولية لاقتصاديات كل من الوقود على صفحات وقود الكحول ووقود الإيثانول ، يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول اقتصاديات الأنظمة المختلفة على الوقود الحيوي للصفحة المركزية.

مرحلة التطوير
وقد ظل النظام قيد التطوير منذ عام 1991 ، حيث انتقل من المقياس المختبري (10 غم / يوم) إلى المقياس التجريبي (200 رطل / يوم) في عام 2001. وقد تم بناء محطة صغيرة الحجم (5 أطنان / يوم). قيد التشغيل ، ومن المتوقع إنشاء مصنع مظاهرة 220 طن / يوم في عام 2012.