Zellulose-Ethanol-Kommerzialisierung ist der Prozess des Aufbaus einer Industrie aus Verfahren zum Umwandeln von Zellulose enthaltendem organischem Material in Zellulose-Ethanol zur Verwendung als Biokraftstoff. Unternehmen wie Iogen, POET, DuPont und Abengoa bauen Raffinerien, die Biomasse verarbeiten und in Bioethanol umwandeln können. Unternehmen wie Diversa, Novozymes und Dyadic produzieren Enzyme, die eine Cellulose-Ethanol-Zukunft ermöglichen könnten. Die Verlagerung von Rohstoffen für die Nahrungsmittelernte zu Abfallrückständen und einheimischen Gräsern bietet große Chancen für eine Reihe von Akteuren, von Landwirten bis zu Biotechnologieunternehmen und von Projektentwicklern bis zu Investoren.
Ab 2013 sind die ersten großtechnischen Anlagen zur Herstellung von cellulosischen Biokraftstoffen in Betrieb gegangen. Es werden mehrere Reaktionswege für die Umwandlung verschiedener Biokraftstoff-Rohstoffe verwendet. In den nächsten Jahren werden die Kostendaten dieser im kommerziellen Maßstab arbeitenden Technologien und ihre relative Leistung verfügbar sein. Lessons Learned wird die Kosten der beteiligten industriellen Prozesse senken.
Zellulose-Ethanol-Produktion
Zelluloseethanol kann aus einer Vielfalt von Ausgangsmaterialien hergestellt werden, wie beispielsweise Holzpulpe von Bäumen oder irgendeinem Pflanzenmaterial. Anstatt das Getreide aus Weizen zu nehmen und es zu Mahlen, um Stärke und Gluten zu erhalten, wird bei der Produktion von Zellulose-Ethanol die gesamte Ernte verbraucht. Dieser Ansatz sollte die Erträge erhöhen und den CO2-Fußabdruck verringern, da die Menge an energieintensiven Düngemitteln und Fungiziden für eine höhere Produktion von verwertbarem Material gleich bleibt.
Wirtschaft
Der Wechsel zu einer erneuerbaren Energiequelle ist seit Jahren ein Ziel. Der größte Teil der Produktion erfolgt jedoch mit Mais-Ethanol. Im Jahr 2000 wurden in den Vereinigten Staaten nur 6,2 Milliarden Liter produziert, aber diese Zahl hat sich in nur einem Jahrzehnt (2010) um 800% auf 50 Milliarden Liter erhöht. Der Druck der Regierung, auf erneuerbare Brennstoffressourcen umzusteigen, ist offensichtlich, seit die US Environmental Protection Agency den 2007 Renewable Fuel Standard (RFS) eingeführt hat, der vorsah, dass ein bestimmter Prozentsatz an erneuerbaren Brennstoffen in Treibstoffprodukten enthalten sein muss. Die Verlagerung auf Celluloseethanolproduktion aus Maisethanol wurde von der US-Regierung stark gefördert. Selbst mit diesen Richtlinien und den Versuchen der Regierung, einen Markt für Celluloseethanol zu schaffen, gab es 2010 und 2011 keine kommerzielle Produktion dieses Brennstoffs. Das Energy Independence and Security Act hatte ursprünglich Ziele von 100 Millionen, 250 Millionen und 500 Millionen Gallonen für die Jahre 2010, 2011 und 2012 jeweils. Ab 2012 wurde jedoch prognostiziert, dass die Produktion von Zellulose-Ethanol etwa 10,5 Millionen Gallonen betragen würde – weit entfernt von seinem Ziel. Allein im Jahr 2007 hat die US-Regierung 1 Milliarde US-Dollar für Zelluloseethanolprojekte bereitgestellt, während China 500 Millionen US-Dollar in die Zelluloseethanolforschung investiert hat.
Aufgrund des Mangels an vorhandenen kommerzialisierten Anlagendaten ist es schwierig, die genaue Herstellungsmethode zu bestimmen, die am häufigsten verwendet wird. Modellsysteme versuchen, die Kosten verschiedener Technologien zu vergleichen, aber diese Modelle können nicht auf die Kosten kommerzieller Anlagen angewendet werden. Derzeit gibt es viele Pilot- und Demonstrationsanlagen, die in kleinerem Maßstab Zellulose produzieren. Diese Haupteinrichtungen sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.
Die Anlaufkosten für lignocellulosische Ethanolanlagen im Pilotmaßstab sind hoch. Am 28. Februar 2007 gab das US-Energieministerium 385 Millionen US-Dollar für die Finanzierung von sechs Zellulose-Ethanol-Anlagen bekannt. Diese Zuschussfinanzierung macht 40% der Investitionskosten aus. Die restlichen 60% kommen von den Veranstaltern dieser Einrichtungen. Daher werden insgesamt 1 Milliarde US-Dollar für rund 530.000 Kubikmeter Kapazität investiert. Dies bedeutet eine Investitionskapazität von 7 USD pro Gallone für Investitionen in Pilotanlagen. Die zukünftigen Kapitalkosten dürften niedriger sein. Mais-zu-Ethanol-Anlagen kosten ungefähr $ 1-3 / Gallone pro Jahr, obwohl die Kosten des Mais selbst beträchtlich höher sind als für Switchgrass oder Abfallbiomasse.
Ab 2007 wird Ethanol hauptsächlich aus Zuckern oder Stärken hergestellt, die aus Früchten und Getreide gewonnen werden. Im Gegensatz dazu wird Cellulose-Ethanol aus Cellulose, der Hauptkomponente von Holz, Stroh und einem Großteil der Struktur von Pflanzen, erhalten. Da Cellulose nicht vom Menschen verdaut werden kann, konkurriert die Produktion von Zellulose nicht mit der Produktion von Nahrungsmitteln, außer der Umwandlung von Land von der Nahrungsmittelproduktion in die Zelluloseproduktion (die aufgrund steigender Weizenpreise in jüngster Zeit zu einem Problem geworden ist) Der Preis pro Tonne des Rohstoffs ist somit viel billiger als der von Getreide oder Früchten. Da Cellulose die Hauptkomponente von Pflanzen ist, kann die gesamte Pflanze geerntet werden. Dies führt zu viel besseren Erträgen – bis zu 10 Tonnen pro Hektar (22 t / ha) anstelle von 4-5 Tonnen pro Hektar (9 – 11 t / ha) für die besten Getreidesorten.
Das Rohmaterial ist reichlich vorhanden. Geschätzte 323 Millionen Tonnen cellulosehaltiger Rohstoffe, die zur Herstellung von Ethanol verwendet werden könnten, werden jedes Jahr allein in den USA weggeworfen. Darunter fallen 36,8 Millionen Trockentonnen städtische Holzabfälle, 90,5 Millionen Tonnen Rohmehlrückstände, 45 Millionen Tonnen Trockenwaldabfälle und 150,7 Millionen Tonnen Maisstroh und Weizenstroh. Die Umwandlung in Ethanol mit Hilfe von effizienten und kosteneffektiven Hemi (Cellulase) -Enzymen oder anderen Verfahren könnte bis zu 30% des derzeitigen Treibstoffverbrauchs in den USA ausmachen. Darüber hinaus könnten selbst für die Landwirtschaft unbedeutende Flächen mit zelluloseproduzierenden Nutzpflanzen wie Rutenhirse bepflanzt werden, was zu einer ausreichenden Produktion führen würde, um alle derzeitigen Ölimporte in die Vereinigten Staaten zu ersetzen.
Papier, Pappe und Verpackungen machen jeden Tag einen wesentlichen Teil der festen Abfälle aus, die in den USA deponiert werden, 41,26% aller organischen Siedlungsabfälle (MSW) gemäß den Stadtprofilen des California Integrated Waste Management Board. Diese Stadtprofile sind für eine Anhäufung von täglich 612,3 Tonnen (555,5 t) pro Deponie verantwortlich, in denen eine durchschnittliche Bevölkerungsdichte von 2.413 pro Quadratmeile besteht. All diese, außer Gipsplatten, enthalten Zellulose, die in Zellulose-Ethanol umgewandelt werden kann. Dies kann zusätzliche Vorteile für die Umwelt haben, da die Zersetzung dieser Produkte Methan erzeugt, ein starkes Treibhausgas.
Die Reduzierung der Entsorgung von festen Abfällen durch die Umwandlung von Zellulose-Ethanol würde die Entsorgungskosten für feste Abfälle durch lokale und bundesstaatliche Regierungen reduzieren. Es wird geschätzt, dass jede Person in den USA 4,4 Pfund Müll pro Tag wegwirft, von denen 37% Altpapier enthalten, das hauptsächlich Zellulose ist. Das entspricht 244 Tausend Tonnen pro Tag Altpapier, das Zellulose enthält. Das Ausgangsmaterial für die Herstellung von Zellulose-Ethanol ist nicht nur kostenlos, es hat auch negative Kosten – dh Ethanolproduzenten können dafür bezahlt werden, es wegzunehmen.
Im Juni 2006 wurde einer Anhörung des US-Senats mitgeteilt, dass die derzeitigen Kosten für die Herstellung von Zelluloseethanol 2,25 US-Dollar pro US-Gallone (0,59 US-Dollar / Liter) betragen, was hauptsächlich auf die derzeit schlechte Umwandlungseffizienz zurückzuführen ist. Bei diesem Preis würde es etwa 120 Dollar kosten, ein Barrel Öl (160 Liter) zu ersetzen, wenn man den niedrigeren Energiegehalt von Ethanol berücksichtigt. Das Energieministerium ist jedoch optimistisch und hat eine Verdoppelung der Forschungsfinanzierung gefordert. Der Senatsanhörung wurde mitgeteilt, dass das Forschungsziel darin bestand, die Produktionskosten bis 2012 auf 1,07 US-Dollar pro US-Gallone (0,28 US-Dollar / Liter) zu senken. „Die Produktion von Zellulose-Ethanol ist nicht nur ein Schritt in Richtung echter Energievielfalt. Aber es stellt eine sehr kostengünstige Alternative zu fossilen Brennstoffen dar. Es sind fortschrittliche Waffen im Krieg gegen Öl „, sagte Vinod Khosla, geschäftsführender Partner von Khosla Ventures, der kürzlich auf einem Reuters Global Biofuels Summit sagte, dass die Preise für Zellulosebrennstoffe auf 1 Dollar sinken könnten pro Gallone innerhalb von zehn Jahren.
Im September 2010 analysierte ein Bericht von Bloomberg die europäische Biomasse-Infrastruktur und die zukünftige Raffinerieentwicklung. Die geschätzten Preise für einen Liter Ethanol im August 2010 betragen 0,51 EUR für 1 g und 0,71 für 2 g. [Klarstellung erforderlich] Der Bericht schlug vor, dass Europa die derzeitigen US-Subventionen von bis zu 50 USD je Tonne Tonne kopieren sollte.
Kürzlich, am 25. Oktober 2012, hat BP, einer der führenden Kraftstoffhersteller, die Annullierung der geplanten kommerziellen 350 Millionen US-Dollar-Anlage bekannt gegeben. Es wurde geschätzt, dass das Werk 36 Millionen Gallonen pro Jahr an seinem Standort im Highlands County von Florida produzieren würde. BP hat am Energy Biosciences Institute noch immer 500 Millionen US-Dollar für die Biokraftstoffforschung bereitgestellt. General Motors (GM) hat auch in Zellulosefirmen genauer gesagt Mascoma und Coskata investiert. Es gibt viele andere Unternehmen im Bau oder auf dem Weg dorthin. Abengoa baut eine 25 Millionen-Gallonen-pro-Jahr-Pflanze in einer Technologieplattform basierend auf dem Pilz Myceliophthora thermophila, um Lignocellulose in fermentierbare Zucker umzuwandeln. Der Dichter produziert gerade 200 Millionen Dollar pro Jahr in Emmetsburg, Iowa. Mascoma, das jetzt mit Valero zusammenarbeitet, hat ihre Absicht erklärt, 20 Millionen Gallonen pro Jahr in Kinross, Michigan, zu bauen. China Alcohol Resource Corporation hat eine 6,4 Millionen Liter Zelluloseethanolanlage im Dauerbetrieb entwickelt.
Seit 2013 arbeitet das brasilianische Unternehmen GranBio auch daran, ein Produzent von Biokraftstoffen und Biochemikalien zu werden. Das Familienunternehmen wird im Bundesstaat Alagoas, Brasilien, eine Anlage für Zellulose-Ethanol mit einer Kapazität von 82 Millionen Litern pro Jahr (2 Millionen Tonnen Ethanol) in Betrieb nehmen, die die erste industrielle Anlage der Gruppe sein wird. Die Ethanol-Anlage der zweiten Generation von GranBio ist in eine Ethanol-Anlage der ersten Generation integriert, die von der Grupo Carlos Lyra betrieben wird. Sie nutzt Prozesstechnologie von Beta Renewables, Enzyme von Novozymes und Hefe von DSM. Im Januar 2013 bricht die Anlage aus, die Anlage befindet sich in der endgültigen Inbetriebnahme. Laut GranBio Annual Financial Records betrug die Gesamtinvestition 208 Millionen US-Dollar.
Kommerzialisierung nach Ländern
Australien
Ethtec baut in Harwood, New South Wales, eine Pilotanlage, die Holzrückstände als Rohstoff verwendet.
Brasilien
GranBio (ehemals GraalBio) baut eine Anlage, die pro Jahr 82 Millionen Liter Zellulose-Ethanol produzieren soll.
Kanada
In Kanada ist Iogen Corp. ein Entwickler von Zelluloseethanol-Prozesstechnologie. Iogen hat ein eigenes Verfahren entwickelt und betreibt eine Demonstrationsanlage in Ontario. Die Anlage wurde entwickelt und konstruiert, um 40 Tonnen Weizenstroh pro Tag in Ethanol zu verarbeiten, wobei Enzyme verwendet werden, die in einer benachbarten Enzymproduktionsanlage hergestellt werden.Im Jahr 2004 begann Iogen damit, seine ersten Lieferungen von Zellulose-Ethanol auf den Markt zu bringen. In naher Zukunft beabsichtigt das Unternehmen, seinen Celluloseethanol-Prozess durch die Lizenzierung seiner Technologie durch schlüsselfertige Anlagenbaupartnerschaften zu kommerzialisieren. Das Unternehmen prüft derzeit Standorte in den USA und Kanada für seine erste kommerzielle Anlage.
Lignol Innovations hat in Vancouver eine Pilotanlage, die Holz als Rohstoff verwendet.
Im März 2009 gaben die KL Energy Corporation aus South Dakota und Prairie Green Renewable Energy aus Alberta ihre Absicht bekannt, eine Zellulose-Ethanol-Anlage in der Nähe der Hudson Bay in Saskatchewan zu entwickeln. Die Renewable Energy Facility in Northeast Saskatchewan wird das moderne Design und Engineering von KL Energy nutzen, um Ethanol aus Holzabfällen zu produzieren.
China
Die Zelluloseethanolproduktion existiert derzeit im „Pilot“ – und „kommerziellen Demonstrations“ -Skala, einschließlich einer von SunOpta Inc. entwickelten und von der China Resources Alcohol Corporation betriebenen Anlage, die derzeit Zellulose-Ethanol aus Maisstroh (Stiele und Blätter) produziert eine kontinuierliche 24-Stunden-pro-Tag-Basis.
Dänemark
Die Bioethanolanlage von Inbicon in Kalundborg mit einer Kapazität von 5,4 Millionen Litern pro Jahr wurde 2009 in Betrieb genommen. Die Anlage soll Anfang 2011 die größte Zellulose-Ethanol-Anlage der Welt sein und rund 30.000 Tonnen (33.000 Tonnen) haben Tonnen) Stroh pro Jahr und das Werk beschäftigt etwa 30 Mitarbeiter. Die Anlage produziert außerdem 13.000 Tonnen Ligninpellets pro Jahr, die als Brennstoff in Blockheizkraftwerken verwendet werden, und 11.100 Tonnen C5-Melasse, die derzeit für die Biomethanherstellung durch anaerobe Vergärung verwendet werden Futtermittelzusatzstoff mit hohem Kohlenhydratgehalt und potenzieller biobasierter Rohstoff für die Produktion zahlreicher Rohstoffe wie Diole, Glykole, organische Säuren und Vorstufen und Zwischenprodukte von Biopolymeren.
Seit Oktober 2010 ist an 100 Tankstellen in ganz Dänemark eine E5-Mischung aus 95% Benzin und 5% Celluloseethanol erhältlich. Das von Statoil vertriebene Bio95 2G-Gemisch verwendet Ethanol aus Weizenstroh, das nach der Ernte auf dänischen Feldern gesammelt und von Inbicon (einem Tochterunternehmen von DONG Energy) unter Verwendung der Enzymtechnologie von Novozymes hergestellt wurde.
Kommerzielle oder experimentelle Zellulose-Ethanol-Anlagen in Dänemark (in Betrieb oder im Bau)
| Unternehmen | Ort | Ausgangsmaterial | Jahresbetrag | Operativ |
|---|---|---|---|---|
| Biogasol | Bornholm | Weizenstroh | 5 Megaliter | 2012 |
| Ensted-værket | Aabenraa | Weizenstroh | ? Megaliter | 2013 |
| Inbicon gehört Dong Energy | Kalundborg, Seeland | Weizenstroh | 5,4 Megaliter | 2009 |
| Maabjerg Energy Concept von Dong Energy | Maabjerg | Weizenstroh | 50-70 Megaliter | 2016 abgebrochen |
Deutschland
Das Biokraftstoffunternehmen Butalco hat kürzlich einen Forschungs- und Entwicklungsvertrag mit der Universität Hohenheim unterzeichnet. Das Institut für Fermentationstechnik am Department für Lebensmittelwissenschaft und Biotechnologie der Universität Hohenheim beschäftigt sich seit fast 30 Jahren mit Fragen zur Herstellung von Bioethanol. In den letzten Jahren lag der Fokus auf der Verbesserung der Material-, Energie- und Ökobilanz der Ethanolproduktion. Besonderes Interesse für BUTALCO gilt die Nutzung der neu gebauten Pilotanlage, die mit einem Gärraum der Schutzklasse 1 mit 4 x 1,5 m³ Fermentern ausgestattet ist. Das Konzept der Anlage ermöglicht sowohl die Verarbeitung von Stärke- als auch Lignocellulose-basierten Rohstoffen. Die Zusammenarbeit ermöglicht es BUTALCO, seine C5-zuckergärenden und Butanol produzierenden Hefestämme im technischen Maßstab zu optimieren und erste Mengen an Bioethanol aus Lignocellulose herzustellen. Der gesamte Prozess der Herstellung von Biokraftstoffen von der Wahl des Ausgangsmaterials für zellulosehaltige Biomasse über die Umwandlung in Zucker und die Fermentation bis hin zur Reinigung wird unter industriellen Bedingungen optimiert.
In Straubing betreibt das Spezialchemieunternehmen Clariant seit 2012 eine Precommercial-Anlage auf Basis des Sunliquid-Verfahrens. Die Anlage kann aus landwirtschaftlichen Reststoffen wie Weizenstroh, Maisstroh oder Zuckerrohrbagasse bis zu 1000 Tonnen Zellulose-Ethanol produzieren.Die Verfahrenstechnologie verwendet eine enzymatische Hydrolyse, gefolgt von einer Fermentation von C5- und C6-Zucker zu Ethanol. Das Unternehmen plant, die Technologie weltweit zu lizenzieren.
Indien
Die Zelluloseethanolproduktion existiert derzeit im „Pilot“ -Maßstab, wobei Anstrengungen unternommen werden, um lignocellulosehaltige Abfallbiomasse für die Ethanolproduktion zu verwenden. Studien im Pilotmaßstab für die Verwendung von Kiefernnadeln und Lantana-Unkraut, durchgeführt bei Cellulose and Paper Division, Forest Research Institute, Dehradun, Indien.
Italien
Italienischen Mossi & amp; Die Ghisolfi Group hat am 12. April 2011 in Crescentino im Nordwesten Italiens den Grundstein für ihre Zellulose-Ethanol-Anlage mit einer Kapazität von 49.000 Kubikmetern pro Jahr gelegt. Das Projekt wird das größte Zellulose-Ethanol-Projekt der Welt sein, das zehnmal so groß ist wie alle anderen derzeit betriebene Demonstrationsanlagen. Die Anlage soll „voraussichtlich 2012 in Betrieb gehen und eine Vielzahl von Rohstoffen aus lokaler Produktion verwenden, angefangen mit Weizenstroh und Arundo donax, einem ausdauernden Riesenrohr“.
Japan
Die Nippon Oil Corporation und andere japanische Hersteller, einschließlich der Toyota Motor Corporation, planen, eine Forschungseinrichtung zur Entwicklung von Biokraftstoffen aus Zellulose zu gründen. Das Konsortium plant, bis März 2014 jährlich 250.000 Liter Bioethanol (1,6 Millionen Barrel) zu produzieren und Bioethanol bis zum Jahr 2015 mit 40 Yen (0,437 USD) pro Liter (etwa 70 USD pro Barrel) zu produzieren.
Im März 2009 gab Honda Motor einen Vertrag über den Bau einer neuen Zellulose-Ethanol-Forschungsanlage in Japan bekannt. Die neue Kazusa-Zweigstelle des Honda Fundamental Technology Research Centers wird innerhalb des Kazusa Akademia Parks in Kisarazu, Chiba errichtet. Der Baubeginn ist für April 2009 vorgesehen, der Betrieb soll im November 2009 aufgenommen werden.
Norwegen
Im Oktober 2010 nahm der norwegische Zellulose-Ethanol-Technologieentwickler Weyland die Produktion in seiner 200.000-Liter-Pilotanlage im norwegischen Bergen auf. Die Anlage wird den Säurehydrolyse-Produktionsprozess des Unternehmens demonstrieren und den Weg für ein kommerzielles Projekt ebnen. Das Unternehmen plant außerdem, seine Technologie weltweit zu vermarkten.
Russland
Eine kommerzielle Fabrik, die Holz (50% Weichholz + 50% Hartholz) in Ethanol umwandelt, ist seit 1972 im Norden Russlands, der Stadt Kirov, in Betrieb und ist immer noch profitabel. Als Nebenprodukte bietet das Unternehmen Kirov Biochemical Works Trockenfutterhefe (20 Tonnen / Monat) und Lignin an. Um Ausrüstung für die Trocknung und Verbrennung von Lignin, sowohl frisch als auch auf der Deponie angesammelt, für Dampf und Strom zu installieren, wurde kürzlich ein Bankkredit in Höhe von 200 Millionen Dollar gesichert.
Spanien
Abengoa investiert weiterhin stark in die notwendige Technologie, um Zellulose-Ethanol auf den Markt zu bringen. Abengoa baut mit Hilfe von Prozess- und Vorbehandlungstechnologie von SunOpta Inc. eine Zellulose-Ethanol-Anlage mit einer Kapazität von 5 Millionen US-Gallonen (19.000 m3) in Spanien und hat kürzlich eine strategische Forschungs- und Entwicklungsvereinbarung mit Dyadic International, Inc. (AMEX: DIL ), um neue und bessere Enzymmischungen zu schaffen, die verwendet werden können, um sowohl die Effizienz als auch die Kostenstruktur der Herstellung von Celluloseethanol zu verbessern.
Schweden
SEKAB hat ein industrielles Verfahren zur Herstellung von Ethanol aus Biomasse-Ausgangsmaterialien, einschließlich Hackschnitzel und Zuckerrohrbagasse, entwickelt. Die Entwicklungsarbeiten werden in einer modernen Pilotanlage in Örnsköldsvik durchgeführt und haben internationales Interesse geweckt. Die Technologie wird von 2013 bis 2015 in einer neuen Generation von Bio-Raffinerien schrittweise auf kommerzielle Produktion umgestellt.
Vereinigte Staaten
Die US-Regierung unterstützt aktiv die Entwicklung und Vermarktung von Zellulose-Ethanol durch eine Vielzahl von Mechanismen. Im ersten Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts kündigten viele Unternehmen Pläne an, kommerzielle Zellulose-Ethanol-Anlagen zu bauen, aber die meisten dieser Pläne fielen schließlich auseinander, und viele der kleinen Unternehmen gingen bankrott. Derzeit (2016), hier sind viele Demonstrationsanlagen im ganzen Land, und eine Handvoll von kommerziellen Anlagen, die in Betrieb oder in der Nähe sind. Da der Markt für Celluloseethanol in den USA in den kommenden Jahren voraussichtlich weiter wachsen wird, sind die Aussichten für diese Branche gut.
Staatliche Unterstützung
Die US-amerikanische Bundesregierung fördert aktiv die Entwicklung von Ethanol aus Zellulose-Rohstoffen als Alternative zu herkömmlichen Erdölkraftstoffen. Zum Beispiel umfassen Programme, die vom US Department of Energy (DOE) gefördert werden, Forschung zur Entwicklung besserer Cellulosehydrolyseenzyme und Ethanol-fermentierender Organismen, zu technischen Studien potenzieller Prozesse, zur Kofinanzierung von anfänglichem Ethanol aus Demonstrations- und Produktionsanlagen für Zellulosebiomasse. Diese Forschung wird von verschiedenen nationalen Laboratorien durchgeführt, einschließlich des National Renewable Energy Laboratory (NREL), des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) und des Idaho National Laboratory (INL) sowie von Universitäten und der Privatwirtschaft. In der Regel führen Ingenieur- und Baufirmen sowie Betreiberunternehmen die Ingenieurarbeiten durch.
Im Mai 2008 verabschiedete der Kongress ein neues Landwirtschaftsgesetz, das die Kommerzialisierung fortschrittlicher Biokraftstoffe, einschließlich Zellulose-Ethanol, beschleunigen soll. Das Lebensmittel-, Erhaltungs- und Energiegesetz von 2008 sieht Zuschüsse in Höhe von bis zu 30% der Kosten für die Entwicklung und den Bau von Bioraffinerien im Demonstrationsmaßstab für die Produktion von „fortgeschrittenen Biokraftstoffen“ vor, die im Wesentlichen alle Brennstoffe umfassen, die nicht aus Maiskernstärke hergestellt werden. Es ermöglicht auch Kreditgarantien von bis zu 250 Millionen US-Dollar für den Bau von kommerziellen Bioraffinerien zur Herstellung fortschrittlicher Biokraftstoffe.
Unter Verwendung eines neu entwickelten Tools, das als „Biofuels Deployment Model“ bekannt ist, haben Sandia-Forscher festgestellt, dass 21 Milliarden US-Gallonen (79.000.000 m3) Zellulose-Ethanol pro Jahr bis zum Jahr 2022 produziert werden könnten, ohne die aktuellen Pflanzen zu verdrängen. Der Renewable Fuels Standard, der Teil des Energy Independence and Security Act von 2007 ist, sieht eine Erhöhung der Biokraftstoffproduktion auf 36 Milliarden US-Gallonen (140.000.000 m3) pro Jahr bis 2022 vor.
Im Januar 2011 genehmigte das USDA 405 Millionen US-Dollar Kreditgarantien durch die Farm Bill, um die Vermarktung von Zellulose-Ethanol in drei Werken von Coskata, Enerkem und INEOS New Planet BioEnergy zu unterstützen. Die Projekte repräsentieren zusammen eine Produktionskapazität von 73 Millionen US-Gallonen (280.000 m3) pro Jahr und werden 2012 mit der Produktion von Zelluloseethanol beginnen. Das USDA veröffentlichte auch eine Liste fortschrittlicher Biokraftstoffproduzenten, die Zahlungen für den Ausbau fortschrittlicher Biokraftstoffe erhalten. Im Juli 2011 gab das US-Energieministerium POET 105 Millionen US-Dollar an Kreditbürgschaften für eine im kommerziellen Maßstab zu bauende Anlage in Emmetsburg, Iowa, aus.
Kommerzielle Entwicklung
Die Zellulose-Ethanol-Industrie in den Vereinigten Staaten hat 2008 einige neue Anlagen im kommerziellen Maßstab entwickelt. Es waren Anlagen von insgesamt 12 Millionen Litern pro Jahr in Betrieb und weitere 80 Millionen Liter pro Jahr Kapazität – in 26 neuen Werken – war im Aufbau.(Zum Vergleich: Der geschätzte US-Erdölverbrauch für alle Verwendungszwecke betrug 2008 etwa 816 Millionen Gallonen / Tag.)
Zellulose-Ethanol-Anlagen in den USA (Operativ oder im Bau)
| Unternehmen | Ort | Ausgangsmaterial | Kapazität (Millionen Gallonen / Jahr) | Betrieben | Art |
|---|---|---|---|---|---|
| Abengoa Bioenergie | Hugoton, KS | Weizenstroh | 25 – 30 | 2013 – 2016 (Konkurs) | Kommerziell |
| Amerikanisches Verfahren, Inc | Alpena, MI | Hackschnitzel | 1.0 | 2012 – | Demonstration |
| BlueFire Ethanol | Fulton, MS | Mehrere Quellen | 19 | Bau gestoppt 2011 | Kommerziell |
| Coskata, Inc. | Madison, Pennsylvania | Mehrere Quellen | 0,04 | 2009 – 2015 | Halbkommerziell |
| DuPont | Nevada, IA | Maisstroh | 30 | 2015 – 2017 (Fensterläden) | Semi-Kommerziell |
| Fulcrum BioEnergie | Reno, NV | Siedlungsabfälle | 10 | Ende 2013 | Kommerziell |
| Golfküste Energie | Livingston, AL | Holzabfälle | 0.3 | vor 2008 | Demonstration |
| KL Energie AG | Upton, WJ | Holzabfälle | |||
| Mascoma | Kinross, MI | Holzabfälle | 20 | Kommerziell | |
| POET LLC | Emmetsburg, IA | Maisstroh | 20 – 25 | Sept. 2014 | Kommerziell |
| POET LLC | Schottland, SD | Maisstroh | 0,03 | 2008 | Pilot |
Umweltprobleme
Zellulose-Ethanol und Ethanol auf Getreidebasis sind in der Tat das gleiche Produkt, aber viele Wissenschaftler glauben, dass die Herstellung von Zellulose-Ethanol deutliche Umweltvorteile gegenüber der Ethanol-Produktion auf Getreidebasis hat. Im Lebenszyklus hat Ethanol, das aus landwirtschaftlichen Rückständen oder dedizierten Zellulosepflanzen hergestellt wird, signifikant niedrigere Treibhausgasemissionen und eine höhere Nachhaltigkeitsbewertung als Ethanol, das aus Getreide hergestellt wird.
Laut Studien des US-Energieministeriums, die vom Argonne National Laboratory der University of Chicago durchgeführt wurden, reduziert Zellulose-Ethanol die Treibhausgasemissionen (THG) um 85% gegenüber neu formuliertem Benzin. Im Gegensatz dazu reduziert Stärkeethanol (z. B. aus Mais), das normalerweise Erdgas zur Bereitstellung von Energie für den Prozess verwendet, die Treibhausgasemissionen um 18% bis 29% gegenüber Benzin.
Kritiker wie der Professor für Ökologie und Landwirtschaft der Cornell University, David Pimentel, und der Ingenieur von Tad Patzek an der University of California in Berkeley bezweifeln die Wahrscheinlichkeit, dass die Zellulose-Ethanol-Technologie durch Nicht-Abfall von Umwelt, Energie oder Wirtschaft profitiert.