혼합 된 알코올 연료에 대한 바이오 매스의 생물 전환

혼합 알콜 연료에 대한 바이오 매스의 생물 전환은 MixAlco 프로세스를 사용하여 수행 할 수 있습니다.바이오 매스를 혼합 알코올 연료로 생체 전환시킴으로써, 바이오 매스로부터의 더 많은 에너지는 효모 발효에 의한 바이오 매스를 에탄올로 전환시키는 것보다 액체 연료로 끝날 것이다.

이 과정에는 생분해 성 물질 (예 : 시립 고형 폐기물, 생분해 성 폐기물 및 하수 슬러지와 같은 도시 폐기물, 옥수수 쌓기, 사탕 수수 주스, 면화 쓰레기, 거름과 같은 농업 잔류 물)를 유용하게 변환하는 생물학적 / 화학적 방법이 포함됩니다 아세톤, 프로피온산, 부티르산과 같은 카르 복실 산, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 디 에틸 케톤과 같은 케톤 및 에탄올, 프로판올, n- 부탄올과 같은 1 급 알콜의 혼합물과 같은 바이오 연료와 같은 화학 물질 ) 및 / 또는 2 급 알콜 (예 : 이소프로판올, 2- 부탄올, 3- 펜탄 올)의 혼합물 일 수있다. 경제적으로 생산 될 수있는 많은 제품으로 인해이 공정은 진정한 바이오 리파이너리입니다.

이 과정은 혐기성 소화의 산성 및 아세토 제닉 단계에서 생산 된 카르 복실 산의 혼합물로 바이오 매스를 혐기성 소화하기 위해 소, 흰개미 껍질 및 해양 및 육상 늪과 같은 자연 서식지에서 발견되는 자연 발생 미생물의 혼합 된 배양 물을 사용하며, 그러나 methanogenic 최종 단계의 억제와. 에탄올과 셀룰로오스 에탄올을 생산하는 가장 보편적 인 방법은 우선 바이오 매스에 첨가되어서 전분이나 셀룰로오스를 단순한 당으로 전환시킨 다음 에탄올로 발효시키는 효모로 이어지는 효소를 사용합니다. 이 과정은 이러한 미생물이 자체적으로 만드는 효소의 첨가가 필요하지 않습니다.

미생물이 혐기성으로 바이오 매스를 분해하여 카르 복실 산의 혼합물로 전환 시키므로 pH를 제어해야합니다. 이는 완충제 (예 : 탄산 암모늄, 탄산 칼슘)를 첨가하여 이루어 지므로 카르 복실 레이트 염의 혼합물을 생성합니다. 혐기성 소화의 자연적 최종 단계 인 메탄 생성은 암모늄 이온의 존재 또는 억제제 (예 : iodoform)의 첨가에 의해 저해된다. 생성 된 발효액은 탈수되어야하는 생성 된 카복실 레이트 염을 함유한다. 이것은 증기 압축 증발에 의해 효율적으로 달성된다. 탈수 된 발효액의 추가 화학적 정제는 원하는 최종 화학 물질 또는 생물 연료 생성물에 따라 수행 될 수있다.

증기 압축 증발 시스템에서 응축 된 증류수는 다시 발효로 재활용됩니다. 반면, 처리가 필요한 BOD가 높은 분뇨 또는 기타 폐수가 발효를위한 물로 사용되면, 증발 된 응축 된 증류수는 도시 또는 원래의 고원의 원천으로 재활용 될 수 있습니다 – BOD 폐수. 따라서이 공정은 귀중한 화학 물질이나 바이오 연료를 생산하면서 수처리 시설로도 활용 될 수 있습니다.

이 시스템은 미생물의 혼합 된 배양 물을 사용하기 때문에 효소를 추가 할 필요가 없으며 무균 또는 무균 조건이 필요하지 않으므로 셀룰로오스 에탄올을 생산하는 데 널리 사용되는 방법보다 경제적으로 공정의 앞 단계가됩니다. 볼륨이 큰 프로세스의 프론트 엔드에서의 이러한 절감은 탈수 후 더 적은 화학적 변형을 가능하게합니다.

카르 복실 산
카르 복실 산은 “산성 스프링”으로 알려진 과정을 사용하여 카르 복실 산염으로부터 재생 될 수 있습니다. 이 공정은 양이온 (예 : 암모늄 또는 칼슘)으로 전환되는 고 분자량의 3 ​​급 아민 (예 : 트리 옥틸 아민)을 사용합니다. 이어서, 생성 된 아민 카르 복실 레이트는 재순환되는 아민 자체 및 상응하는 카르 복실 산으로 열적으로 분해 될 수있다. 이런 식으로 이론적으로이 단계에서 화학 물질이 소비되거나 폐기물이 생성되지 않습니다.

케톤
케톤을 만드는 두 가지 방법이 있습니다. 첫 번째는 칼슘 카르 복실 레이트 염을 열적으로 상응하는 케톤으로 ​​전환시키는 것으로 구성된다. 이것은 제 1 차 세계 대전 중 아세트산 칼슘에서 아세톤을 만드는 일반적인 방법이었습니다. 케톤을 만드는 다른 방법은 기화 된 카르 복실 산을 산화 지르코늄 촉매층으로 전환시키는 것입니다.

알콜
1 차 알콜
발효 된 소화되지 않은 잔류 물은 가스화에서 수소 (H2)를 만드는데 사용될 수 있습니다. 이 H2는 암모늄 카르 복실 레이트 염 (예 : 아세트산 암모늄, 프로 피오 네이트, 부티레이트) 또는 카르 복실 산 (예 : 아세트산, 프로피온산)을 에스테르 화하여 생성 된 촉매 (예 : 구리 크로 마이트)를 통해 에스테르를 수소화 분해하는 데 사용할 수 있습니다 , 부티르산)과 고 분자량 알코올 (예 : 헥산 올, 헵탄 올)을 혼합하여 만든다. 수소화 분해로부터 최종 생성물은 에스테르 화 반응으로 재순환되는 고 분자량 알코올과 이에 상응하는 1 차 알코올 (예 : 에탄올, 프로판올, 부탄올)입니다.

2 급 알콜
2 급 알콜 (예 : 이소프로판올, 2- 부탄올, 3- 펜탄 올)은 촉매 (예 : 라니 니켈)를 통해 해당 케톤 (예 : 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 디 에틸 케톤)을 수소화함으로써 얻어진다.

드롭 인 바이오 연료
상기 한 바와 같이 수득 된 1 차 또는 2 차 알콜은 바이오 가솔린, 그린 디젤 및 바이오 제트 연료와 같은 현재의 화석 연료 기반 시설과 양립 가능한 연료 인 드롭 인 바이오 연료로 전환 될 수있다. 이는 알코올을 탈수시킨 다음 뉴질랜드의 메탄올에서 가솔린을 생산하는 메탄올 공정과 유사한 방식으로 제올라이트 촉매를 사용하여 올리고머 화를 수행함으로써 이루어진다.

아세트산 대 에탄올
셀룰로오스 – 에탄올 제조 공장은 리그닌 셀룰로오스 바이오 매스의 많은 부분, 즉 리그닌이 소화되지 않은 상태로 남겨져 연소되어야하므로 발전소에 전력을 공급하고 계통에 과도한 전기를 공급하기 때문에 전기 순수한 수출국이 될 수밖에 없다. 시장이 성장하고이 기술이 더욱 널리 보급됨에 따라 액체 연료와 전기 시장을 결합하는 것이 점점 더 어려워 질 것입니다.

아세트산은 에탄올과 달리 이산화탄소를 생산하지 않고 간단한 당분으로 생물학적으로 생산됩니다.

6 H 12 O 6 → 2 CH 3 CH 2 OH + 2CO 2
(에탄올의 생물학적 생산)

6 H 12 O 6 → 3 CH 3 COOH
(아세트산의 생물학적 생산)

이 때문에, 질량 기준으로, 수확량은 에탄올 발효에서보다 높을 것이다. 그렇다면, 소화되지 않은 잔류 물 (주로 리그닌)은 가스화에 의해 수소를 생산하는 데 사용되며, 바이오 매스의 더 많은 에너지가 과도한 열 / 전기가 아닌 액체 연료가 될 수 있습니다.

3CH3COOH + 6H2 → 3CH3CH2OH + 3H2O
(아세트산의 수소화)

6 H 12 O 6 (셀룰로오스로부터) + 6 H 2 (리그닌으로부터) → 3 CH 3 CH 2 OH + 3 H 2 O
(전체 반응)
각 연료의 경제성에 대한보다 포괄적 인 설명은 알콜 연료 및 에탄올 연료 페이지에서 제공되며 다양한 시스템의 경제에 대한 자세한 내용은 중앙 페이지의 바이오 연료에서 찾을 수 있습니다.

개발 단계
이 시스템은 1991 년부터 실험실 규모 (10g / 일)에서 시범 규모 (200lb / day)로 2001 년에 개발되었습니다. 시범 규모의 작은 공장 (5 톤 / 일)이 건설되었으며 2012 년에는 220 톤 / 일의 시범 플랜트 가동이 예상된다.