Целлюлозный этанол представляет собой тип биотоплива, полученного из лигноцеллюлозы, структурного материала, который содержит большую часть массы растений. Лигноцеллюлоза состоит в основном из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Кукурузное пятно, Panicum virgatum (перец), разноцветные виды Miscanthus, древесная щепа и побочные продукты ухода за газонами и деревьями являются одними из наиболее популярных целлюлозных материалов для производства этанола. Получение этанола из лигноцеллюлозы имеет преимущество изобильного и разнообразного сырья по сравнению с такими источниками, как кукурузные и тростниковые сахара, но требует большего количества обработки, чтобы сделать мономеры сахара доступными для микроорганизмов, обычно используемых для получения этанола путем ферментации.
«Коммутасс» и «Мишантус» являются основными материалами биомассы, которые изучаются сегодня, благодаря их высокой производительности на акр. Однако целлюлоза содержится почти в каждом естественном, свободно растущем растении, дереве и кустарнике, на лугах, лесах и полях по всему миру без сельскохозяйственных усилий или затрат, необходимых для его роста.
Одним из преимуществ целлюлозного этанола является сокращение выбросов парниковых газов (ПГ) на 85% по сравнению с переработанным бензином. Напротив, крахмальный этанол (например, из кукурузы), который чаще всего использует природный газ для обеспечения энергии для процесса, не может вообще не снижать выбросы ПГ в зависимости от того, как производится исходное сырье на основе крахмала. По данным Национальной академии наук в 2011 году, не существует коммерчески жизнеспособного биоперерабатывающего завода, чтобы превращать лигноцеллюлозную биомассу в топливо. Отсутствие производства целлюлозного этанола в количествах, требуемых регулированием, было основанием для решения Апелляционного суда Соединенных Штатов для решения округа Колумбия, объявленного 25 января 2013 года, в соответствии с требованиями, предъявляемыми к производителям автомобилей и грузовых автомобилей в Соединенных Штатах Америки Агентству по охране окружающей среды, требующему добавления целлюлозных биотоплив к их продуктам. Эти проблемы наряду со многими другими сложными проблемами производства привели к тому, что исследователи политики Университета Джорджа Вашингтона заявили, что «в краткосрочной перспективе [целлюлозный] этанол не может соответствовать энергетической безопасности и экологическим целям альтернативы бензина».
история
Французский химик Анри Бронсонот первым обнаружил, что целлюлоза может быть гидролизована в сахарах обработкой серной кислотой в 1819 году. Затем гидролизованный сахар можно обработать, чтобы образовать этанол путем ферментации. Первое коммерческое производство этанола началось в Германии в 1898 году, когда для гидролиза целлюлозы использовалась кислота. В Соединенных Штатах компания Standard Alcohol открыла первый целлюлозный завод по производству этанола в Южной Каролине в 1910 году. Позднее в Луизиане было открыто второе растение. Однако оба завода были закрыты после Первой мировой войны по экономическим причинам.
Первая попытка коммерциализации процесса этанола из древесины была проведена в Германии в 1898 году. Она включала использование разбавленной кислоты для гидролиза целлюлозы до глюкозы и способна производить 7,6 литров этанола на 100 кг древесных отходов (18 США гал (68 л) на тонну). Немцы вскоре разработали промышленный процесс, оптимизированный для урожайности около 50 галлонов США (190 л) на тонну биомассы. Этот процесс вскоре нашел свой путь в США, кульминацией которого стали две коммерческие установки, работающие на юго-востоке во время Первой мировой войны. Эти установки использовали так называемый «Американский процесс» — одностадийный гидролизованный раствор серной кислоты. Хотя урожайность была вдвое меньше, чем в первоначальном немецком процессе (25 галлонов США (95 л) этанола на тонну против 50), пропускная способность американского процесса была намного выше. Падение производства пиломатериалов вынудило заводы закрыть вскоре после окончания Первой мировой войны. Тем временем в Лаборатории лесных товаров USFS в Нидерландах продолжилось небольшое, но постоянное исследование исследований разбавленного кислотного гидролиза.Во время Второй мировой войны США снова обратились к целлюлозному этанолу, на этот раз для превращения в бутадиен для получения синтетического каучука. Компания Vulcan Copper and Supply Company была заключена контракт на строительство и эксплуатацию завода по переработке опилок в этанол. Завод был основан на модификациях оригинального немецкого процесса Scholler, разработанного Лабораторией лесных товаров. Эта установка достигла выхода этанола в 50 галлонов США (190 л) на сухую тонну, но все еще не была прибыльной и была закрыта после войны.
С быстрым развитием ферментных технологий за последние два десятилетия процесс кислотного гидролиза постепенно заменялся ферментативным гидролизом. Химическая предварительная обработка сырья требуется для предварительной гидролиза (отдельной) гемицеллюлозы, поэтому его можно более эффективно превращать в сахара.Предварительная обработка разбавленной кислотой разработана на основе ранних работ по кислородному гидролизу древесины в Лаборатории лесных товаров USFS. Недавно Лаборатория лесных товаров совместно с Университетом Висконсина-Мэдисона разработала сульфитную предварительную обработку, чтобы преодолеть непоколебимость лигноцеллюлозы для надежного ферментативного гидролиза древесной целлюлозы.
Президент США Джордж Буш в своем обращении к государству Союза, представленном 31 января 2006 года, предложил расширить использование целлюлозного этанола. В своем заявлении о положении в Союзе 23 января 2007 года президент Буш объявил о предлагаемом мандате на 35 миллиардов галлонов (130 000 000 м3) этанола в США к 2017 году. Широко признано, что максимальная выработка этанола из кукурузного крахмала составляет 15 миллиардов долларов США галлонов (57 000 000 м3) в год, что подразумевает предлагаемый мандат на производство примерно 20 миллиардов галлонов США (76 000 000 м3) в год целлюлозного этанола к 2017 году. Предлагаемый план Буша включает в себя финансирование в размере 2 миллиардов долларов США (с 2007 по 2017 год) для целлюлозного этанола заводы с дополнительными 1,6 млрд. долл. США (с 2007 по 2017 год), объявленные Министерством сельского хозяйства США 27 января 2007 года.
В марте 2007 года правительство США выделило гранты в размере 385 млн. Долл. США, предназначенные для производства этанола с переходом от нетрадиционных источников, таких как древесная щепа, перекись и цитрусовые пилинги. Половина из шести выбранных проектов будет использовать термохимические методы, а половина будет использовать методы целлюлозного этанола.
Американская компания Range Fuels объявила в июле 2007 года, что ей было предоставлено разрешение на строительство от штата Джорджия, чтобы построить первый в США завод по производству целлюлозного этанола мощностью 100 миллионов долларов США (380 000 м3) в год. Строительство началось в ноябре 2007 года. Завод Range Fuels был построен в Сопертоне, штат Джорджия, но был закрыт в январе 2011 года, не выпускав ни одного этанола.Он получил грант в размере 76 млн. Долл. США от Министерства энергетики США, плюс 6 млн. Долл. США от государства Джорджия, плюс кредит в размере 80 млн. Долл. США, гарантированный Программой помощи в области биоресурсов США. С 1970-х годов США (США) и Бразилия являются двумя ведущими производителями топливного этанола.
экономика
Переход на возобновляемый топливный ресурс стал целью уже много лет. Однако большая часть его производства используется с использованием этанола кукурузы. В 2000 году в Соединенных Штатах было произведено всего 6,2 млрд. Литров, однако за десятилетие этот показатель увеличился более чем на 800-50 млрд. Литров (2010 год). Государственное давление на переход к возобновляемым топливным ресурсам стало очевидным, поскольку Агентство по охране окружающей среды США внедрило Стандарт возобновляемого топлива (RFS) 2007 года, в котором требовалось включить определенный процент возобновляемого топлива в топливные продукты. Правительство США решило перейти к производству целлюлозного этанола из кукурузного этанола. Даже при наличии этой политики и попытках правительства создать рынок для этанола целлюлозы коммерческого производства этого топлива в 2010 и 2011 годах не было. Закон об энергетической независимости и безопасности первоначально ставил цели в размере 100 миллионов, 250 миллионов и 500 миллионов галлонов за 2010, 2011 и 2012 гг. соответственно. Однако с 2012 года прогнозируется, что производство целлюлозного этанола будет составлять примерно 10,5 млн галлонов — далеко от его цели. Только в 2007 году правительство США предоставило 1 млрд. Долларов США на проекты по производству целлюлозного этанола, а Китай инвестировал 500 млн. Долларов США в исследования целлюлозного этанола.
Из-за отсутствия существующих коммерческих данных о заводе трудно определить точный способ производства, который будет наиболее часто использоваться. Модельные системы пытаются сравнить затраты разных технологий, но эти модели не могут применяться к расходам на коммерческие объекты. В настоящее время открыто много экспериментальных и демонстрационных объектов, которые демонстрируют производство целлюлозы в меньших масштабах. Эти основные средства приведены в таблице ниже.
Высокие затраты на производство лигноцеллюлозных этанольных установок на пилотном уровне высоки. 28 февраля 2007 года Министерство энергетики США объявило о грантах в размере 385 млн. Долл. США на шесть целлюлозных заводов по производству этанола. На финансирование этого гранта приходится 40% инвестиционных затрат. Остальные 60% исходят от промоутеров этих объектов. Следовательно, в общей сложности 1 млрд. Долл. США будет инвестировано в объеме примерно 140 млн. Галлонов (530 000 м3). Это означает, что производственные мощности в размере 7 долл. / Галлонов в капитальных капитальных затратах для экспериментальных установок; ожидается, что будущие капитальные затраты будут ниже. Заводы по производству кукурузы-этанола стоят примерно 1-3 долл. США / годовой галлоновой емкости, хотя стоимость самой кукурузы значительно выше, чем для утилизации отходов или отходов биомассы.
С 2007 года этанол производится в основном из сахаров или крахмалов, полученных из фруктов и зерен. Напротив, целлюлозный этанол получают из целлюлозы, основного компонента древесины, соломы и значительной части структуры растений. Поскольку целлюлоза не может быть переварена людьми, производство целлюлозы не конкурирует с производством продуктов питания, за исключением конверсии земли из производства продуктов питания в производство целлюлозы (которая в последнее время стала проблемой, из-за роста цен на пшеницу). цена на тонну сырья, таким образом, намного дешевле, чем зерно или фрукты. Более того, поскольку целлюлоза является основным компонентом растений, можно собрать все растение. Это дает гораздо лучшие урожаи — до 10 коротких тонн на акр (22 т / га) вместо 4-5 коротких тонн / акр (9-11 т / га) для лучших зерновых культур.
Сырье много. По оценкам, в США один раз в год отбрасывается 323 миллиона тонн целлюлозосодержащего сырья, которое можно использовать для создания этанола. Это включает 36,8 млн. Сухих тонн городских древесных отходов, 90,5 млн. Сухих тонн первичных остатков мельниц, 45 млн. Сухих тонн лесных остатков и 150,7 млн. Сухих тонн кукурузы и пшеничной соломы. Преобразование их в этанол с использованием эффективных и экономичных гем (целлюлазных) ферментов или других процессов может обеспечить до 30% от текущего потребления топлива в Соединенных Штатах. Более того, даже наземный маргинал для сельского хозяйства можно было бы посадить целлюлозно-зерновыми культурами, такими как свинец, в результате чего было бы достаточно производства, чтобы заменить весь текущий импорт нефти в Соединенные Штаты.
Бумага, картон и упаковка составляют значительную часть твердых отходов, отправленных на полигоны в Соединенных Штатах каждый день, 41,26% всех органических твердых отходов (МСП) в соответствии с профилями города Калифорнии по комплексному управлению отходами. Эти профили городов составляют накопление 612,3 коротких тонн (555,5 тонн) ежедневно на полигон, где средняя плотность населения составляет 2,413 на квадратную милю. Все это, кроме гипсовой плиты, содержит целлюлозу, которая трансформируется в целлюлозный этанол. Это может иметь дополнительные экологические преимущества, поскольку разложение этих продуктов приводит к образованию метана, мощного парникового газа.
Сокращение утилизации твердых отходов с помощью преобразования целлюлозного этанола приведет к сокращению расходов на удаление твердых отходов местными и государственными органами. По оценкам, каждый человек в США каждый день выбрасывает 4,4 фунта (2,0 кг) мусора, из которых 37% содержат макулатуру, которая в основном целлюлоза. Это составляет 244 тыс. Тонн в день отброшенной макулатуры, содержащей целлюлозу. Сырье для производства целлюлозного этанола не только свободно, оно имеет отрицательную стоимость, т. Е. Производители этанола могут получить деньги, чтобы их убрать.
В июне 2006 года слушание в Сенате США было заявлено, что текущая стоимость производства целлюлозного этанола составляет 2,25 долл. США за галлон США (0,59 долл. США за литр), в основном из-за нынешней плохой эффективности конверсии. По этой цене стоило бы около 120 долларов США, чтобы заменить баррель нефти (42 галлонов США (160 л)) с учетом более низкого энергетического содержания этанола. Однако Департамент энергетики оптимистичен и попросил удвоить финансирование исследований. Те же слушания в Сенате сообщили, что целью исследования было сокращение себестоимости производства до 1,07 долл. США за галлон США (0,28 долл. США за литр) к 2012 году. «Производство целлюлозного этанола представляет собой не только шаг к истинному энергетическому разнообразию для страны, но очень рентабельная альтернатива ископаемым видам топлива. Это современное вооружение в войне с нефтью », — сказал Винод Хосла, управляющий партнер Khosla Ventures, который недавно заявил на саммите Reuters Global Biofuels, что он может видеть, что цены на целлюлозное топливо снижаются до 1 доллара США за галлон в течение десяти лет.
В сентябре 2010 года в докладе Bloomberg проанализирована европейская инфраструктура биомассы и развитие будущего нефтеперерабатывающего завода. Ориентировочные цены на литр этанола в августе 2010 года составляют 0,51 евро за 1 г и 0,71 за 2 г. [Уточнение необходимо] В докладе предлагается, чтобы Европа должна была скопировать текущие американские субсидии до 50 долл. США за сухую тонну.
Недавно 25 октября 2012 года BP, один из лидеров в топливных продуктах, объявила об отмене своего предлагаемого завода в размере 350 миллионов долларов США. Было подсчитано, что завод будет производить 36 миллионов галлонов в год на своем месте в Хайлендс-Каунти штата Флорида. BP все еще предоставила 500 миллионов долларов США на исследования в области биотоплива в Институте энергетических биологических наук. General Motors (GM) также инвестировала в целлюлозные компании более конкретно Mascoma и Coskata. Есть много других компаний в строительстве или направляются к нему. Abengoa строит 25 миллионов галлонов в год в технологической платформе на основе гриба Myceliophthora thermophila для превращения лигноцеллюлозы в ферментируемые сахара.Поэт также находится в середине производства 200 миллионов долларов, 25 миллионов галлонов в год в Эмметсбурге, штат Айова. Mascoma, которая в настоящее время сотрудничает с Valero, заявила о своем намерении построить 20 миллионов галлонов в год в Кинроссе, штат Мичиган. China Alcohol Resource Corporation разработала установку непрерывного действия целлюлозного этанола объемом 6,4 миллиона литров.
Кроме того, с 2013 года бразильская компания GranBio работает над созданием биотоплива и биохимических продуктов. Семейная компания вводит в эксплуатацию в 2002 году в штате Алагоас, Бразилия, завод по производству целлюлозного этанола (22 мг) в количестве 82 миллиона литров в год (22 MMgy), который станет первым промышленным предприятием группы. Вторичное производство этанола GranBio интегрировано в установку этанола первого поколения, управляемую Grupo Carlos Lyra, использует технологические технологии от Beta Renewables, ферменты из Novozymes и дрожжей от DSM. Разрыв земли в январе 2013 года, завод находится в окончательном вводе в эксплуатацию. Согласно ежегодным финансовым отчетам GranBio, общий объем инвестиций составил 208 миллионов долларов США.
Сырьем
В общем, существует два типа сырья: лес (древесный). Биомасса и сельскохозяйственная биомасса. В США около 1,4 млрд. Сухих тонн биомассы можно ежегодно производить ежегодно. Около 370 млн. Тонн или 30% составляют лесная биомасса. Лесная биомасса имеет более высокое содержание целлюлозы и лигнина и более низкую гемицеллюлозу и зольность, чем сельскохозяйственная биомасса. Из-за трудностей и низкого выхода этанола в ферментации гидролизата предварительной обработки, особенно тех, которые имеют очень высокие 5 углеродных гемицеллюлозных сахаров, таких как ксилоза, лесная биомасса имеет значительные преимущества перед сельскохозяйственной биомассой. Лесная биомасса также имеет высокую плотность, что значительно снижает транспортные расходы. Он может быть собран год, который устраняет долгосрочное хранение. Почти нулевое содержание золы в лесной биомассе значительно снижает мертвую нагрузку при транспортировке и переработке.Для удовлетворения потребностей в биоразнообразии лесная биомасса станет важным источником сырья для биомассы в будущей биобезопасной экономике. Тем не менее, лесная биомасса является гораздо более непокорной, чем сельскохозяйственная биомасса. Недавно Лаборатория лесных товаров Министерства сельского хозяйства США совместно с Университетом Висконсина-Мэдисона разработала эффективные технологии, которые могут преодолеть сильную непокорность лесной (древесной) биомассы, в том числе видов хвойных пород с низким содержанием ксилана. Интенсивная культура с коротким вращением или деревенское хозяйство могут предложить практически неограниченные возможности для производства лесной биомассы.
Вудчипы из косых червей и верхушек деревьев, а также пильная пыль из лесопильных заводов и целлюлоза из макулатуры являются обычным источником биомассы для производства целлюлозного этанола.
Ниже приводятся несколько примеров сельскохозяйственной биомассы:
Расщепление (Panicum virgatum) является естественной травой прерии. Известный своей стойкостью и быстрым ростом, этот многолетник растет в теплые месяцы до высоты 2-6 футов. Рассекание можно выращивать в большинстве частей Соединенных Штатов, включая болота, равнины, ручьи и вдоль берегов & amp; межгосударственные магистрали. Это самозатраты (без трактора для посева, только для кошения), устойчивые ко многим болезням и вредителям, & amp; может производить высокие урожаи при низком применении удобрений и других химических веществ. Он также терпим к бедным почвам, наводнениям и т. Д. засухи;улучшает качество почвы и предотвращает эрозию из-за своего типа корневой системы.
Switchgrass — это одобренная обложка для земли, защищенная в рамках Федеральной программы сохранения запасов (CRP). CRP — правительственная программа, которая платит производителям плату за не выращивание сельскохозяйственных культур на суше, на которой недавно выросли урожаи. Эта программа уменьшает эрозию почвы, улучшает качество воды и увеличивает среду обитания диких животных. Земля CRP служит местом обитания для игры нагорья, таких как фазаны и утки, а также множество насекомых. Расходы на производство биотоплива были рассмотрены для использования на территории заповедника (CRP), что могло бы повысить экологическую устойчивость и снизить стоимость программы CRP. Однако правила CRP должны быть изменены, чтобы это экономическое использование земли CRP.
Miscanthus × giganteus — еще одно жизнеспособное сырье для производства целлюлозного этанола. Этот вид травы является родным для Азии и представляет собой стерильный триплоидный гибрид Miscanthus sinensis и Miscanthus sacchariflorus. Он может вырасти до 12 футов (3,7 м) с небольшим количеством воды или удобрений. Miscanthus похож на switchgrass относительно холодостойкости и засухоустойчивости и эффективности использования воды.Miscanthus коммерчески выращивается в Европейском Союзе в качестве горючего источника энергии.
Кукурузные початки и кукуруза являются самой популярной сельскохозяйственной биомассой.
Было высказано предположение, что Кудзу может стать ценным источником биомассы.
Кукуруза против травы
В 2008 году для производства этанола было всего лишь небольшое количество отходов. Для того чтобы его выращивали на крупномасштабном производстве, он должен конкурировать с существующим использованием сельскохозяйственных земель, главным образом для производства сельскохозяйственных культур. Из 2,6 млрд. Акров (9,1 млн. Кв. Км) Соединенных Штатов из необорудованной земли 33% составляют лесные угодья, 26% пастбищных угодий и пастбищ и 20% сельскохозяйственных угодий. Исследование, проведенное Департаментами энергетики и сельского хозяйства США в 2005 году, определило, достаточно ли имеющихся земельных ресурсов для поддержания добычи более 1 млрд. Сухих тонн биомассы ежегодно, чтобы заменить 30% или более нынешнего использования в настоящее время жидких транспортных топлив. Исследование показало, что для использования этанола может быть доступно 1,3 млрд. Сухих тонн биомассы, мало изменив практику ведения сельского хозяйства и лесного хозяйства и выполнив требования к лесной продукции, продовольствию и волокнам. Недавнее исследование, проведенное Университетом Теннесси, сообщило, что для вывоза мусора потребуется выделить 100 млн. Акров (400 000 км2 или 154 000 кв. Миль) пахотных земель и пастбищ, чтобы компенсировать использование нефти на 25 процентов.
| Резюме Searchinger et al. сравнение выбросов кукурузного этанола и бензина в парниковых газах с изменением землепользования и без него (Граммы выброса CO 2 на мегаджоуль энергии в топливе) |
||||
|---|---|---|---|---|
| Тип топлива (НАС) |
углерод интенсивность |
снижение выбросы парниковых газов |
углерод интенсивность + ILUC |
снижение выбросы парниковых газов |
| бензин | 92 | — | 92 | — |
| Кукурузный этанол | 74 | -20% | 177 | + 93% |
| Целлюлозный этанол | 28 | -70% | 138 | + 50% |
| Примечания: Рассчитано с использованием предположений по умолчанию для сценария 2015 года для этанола в E85. Бензин представляет собой комбинацию обычного и переформулированного бензина. |
||||
В настоящее время кукуруза легче и дешевле обрабатывать в этаноле по сравнению с целлюлозным этанолом. По оценкам Министерства энергетики, стоимость целлюлозного этанола составляет около 2,20 долл. США за галлон, что в два раза больше, чем этанол из кукурузы. Ферменты, разрушающие ткань клеточной стенки растений, стоят от 30 до 50 центов на галлон этанола по сравнению с 3 центами на галлон для кукурузы. Департамент энергетики надеется снизить к 2012 году себестоимость продукции до 1,07 долл. США за галлон. Тем не менее, целлюлозная биомасса дешевле производить, чем кукурузу, потому что она требует меньше ресурсов, таких как энергия, удобрения, гербицид и сопровождается меньшим эрозией почвы и улучшением плодородия почв. Кроме того, необработанные и необращенные твердые вещества, оставшиеся после производства этанола, могут быть сожжены для обеспечения топлива, необходимого для работы установки конверсии и производства электроэнергии.Энергия, используемая для запуска установок на основе этанола на основе кукурузы, получена из угля и природного газа. По оценкам Института местной самообеспеченности стоимость целлюлозного этанола из первого поколения коммерческих заводов будет в диапазоне от 1,90 до 2,25 долл. США за галлон, исключая стимулы. Это сопоставимо с текущей стоимостью 1,20-1,50 долл. США за галлон для этанола из кукурузы и текущей розничной ценой более 4,00 долл. США за галлон для обычного бензина (который субсидируется и облагается налогом).
Одной из основных причин увеличения использования биотоплива является сокращение выбросов парниковых газов. По сравнению с бензином, этанол сжигает чище, тем самым уменьшая количество углекислого газа и общее загрязнение воздуха. Кроме того, из сгорания образуются только низкие уровни смога. По данным Министерства энергетики США, этанол из целлюлозы снижает выбросы парниковых газов на 86 процентов по сравнению с бензином и этанолом на основе кукурузы, что снижает выбросы на 52 процента. Показано, что выбросы углекислого газа на 85% ниже, чем у бензина. Целлюлозный этанол мало влияет на парниковый эффект и имеет в пять раз лучший баланс энергии, чем этанол на основе кукурузы. При использовании в качестве топлива целлюлозный этанол выделяет меньше серы, окиси углерода, твердых частиц и парниковых газов. Целлюлозный этанол должен получать кредиты по сокращению выбросов производителей, что выше, чем у производителей, которые выращивают кукурузу для этанола, что составляет от 3 до 20 центов на галлон.
Требуется 0,76 Дж энергии от ископаемого топлива, чтобы получить 1 Дж этанола из кукурузы.Эта сумма включает использование ископаемого топлива, используемого для удобрения, топлива для тракторов, эксплуатации этанола и т. Д. Исследования показали, что ископаемое топливо может производить в пять раз больше этанола из прерийных трав, по словам Терри Райли, президента по вопросам политики на Партнерство по сохранению Теодор Рузвельт.Министерство энергетики Соединенных Штатов приходит к выводу, что этанол на основе кукурузы обеспечивает на 26 процентов больше энергии, чем требуется для производства, тогда как целлюлозный этанол обеспечивает на 80 процентов больше энергии. Целлюлозный этанол дает на 80 процентов больше энергии, чем требуется для выращивания и преобразования. Процесс превращения кукурузы в этанол требует примерно 1700 раз (по объему) столько воды, сколько производится этанолом. [Сомнительный — обсуждение] Кроме того, он оставляет в 12 раз больше объема в отходах. Зерновой этанол использует только съедобную часть растения.
Целлюлоза не используется для пищевых продуктов и может выращиваться во всех частях мира. Весь завод можно использовать при производстве целлюлозного этанола. Коммутатор дает в два раза больше этанола на акр, чем кукурузу. Поэтому для производства требуется меньше земли и, следовательно, меньше фрагментация мест обитания. Материалы биомассы требуют меньше ресурсов, таких как удобрения, гербициды и другие химические вещества, которые могут представлять опасность для дикой природы. Их обширные корни улучшают качество почвы, уменьшают эрозию и усиливают захват питательных веществ. Травянистые энергетические культуры уменьшают эрозию почв более чем на 90% по сравнению с обычным товарным растением. Это может привести к улучшению качества воды для сельских общин.Кроме того, травянистые энергетические культуры добавляют органический материал к обедненным почвам и могут увеличить углерод почвы, что может оказать прямое влияние на изменение климата, поскольку почвенный углерод может поглощать углекислый газ в воздухе.По сравнению с товарным растением, биомасса уменьшает поверхностный сток и перенос азота. Switchgrass обеспечивает среду для обитания диких животных, главным образом насекомых и наземных птиц. Земля заповедника (CRP) состоит из многолетних трав, которые используются для целлюлозного этанола и могут быть доступны для использования.
В течение многих лет американские фермеры практиковали выращивание ярусов с такими культурами, как сорго и кукуруза. Из-за этого многое известно о влиянии этих методов на дикую природу. Самым значительным эффектом повышенного этанола кукурузы будет дополнительная земля, которая должна быть преобразована в сельскохозяйственное использование, а также увеличение использования эрозии и удобрений, которое будет сопровождаться сельскохозяйственным производством. Увеличение производства этанола за счет использования кукурузы может оказать негативное воздействие на дикую природу, масштабы которой будут зависеть от масштабов производства и того, была ли земля, используемая для этого увеличенного производства, ранее праздным, в естественном состоянии или засажена другим рядом культур. Другое соображение заключается в том, следует ли сажать монокультуру перешлите или использовать различные травы и другую растительность. Хотя смесь видов растительности, вероятно, обеспечит лучшую среду обитания диких животных, технология пока не разработана, чтобы позволить переработку смеси различных видов трав или видов растительности в биоэтанол. Конечно, производство целлюлозного этанола все еще находится в зачаточном состоянии, и возможность использования различных растительных стендов вместо монокультур заслуживает дальнейшего изучения, поскольку исследования продолжаются.
| Агентство США по охране окружающей среды Проект сокращения выбросов парниковых газов по жизненному циклу для разных временных горизонтов и учетных ставок (включая косвенные эффекты изменения землепользования) |
||
|---|---|---|
| Топливный путь | 100 лет + 2% скидка темп |
30 лет + 0% скидка темп |
| Кукурузный этанол (сухая мельница природного газа) (1) | -16% | + 5% |
| Кукурузный этанол (лучший случай NG DM) (2) | -39% | -18% |
| Кукурузный этанол (угольная сухая мельница) | + 13% | + 34% |
| Кукурузный этанол (сухая мельница для биомассы) | -39% | -18% |
| Кукурузный этанол (сухая мельница биомассы с комбинированная теплоэнергия) |
-47% | -26% |
| Бразильский сахарный тростник | -44% | -26% |
| Целлюлозный этанол из расщелины | -128% | -124% |
| Целлюлозный этанол из кукурузы | -115% | -116% |
| Примечания: (1) Заводы сухой мельницы (DM) измельчают все ядро и обычно производят только один первичный побочный продукт: зерна дистилляторов с растворителями (DGS). (2) Наилучшие кормовые заводы производят сырых соков-кукурузных зерен. |
||
Исследование лауреата Нобелевской премии Поля Крутцена показало, что этанол, полученный из кукурузы, имел эффект «чистого потепления климата» по сравнению с маслом, когда полная оценка жизненного цикла правильно учитывает выбросы закиси азота (N20), которые происходят во время производства этанола кукурузы. Крутцен обнаружил, что урожаи с меньшим спросом на азот, такие как травы и древесные породы, имеют более благоприятные климатические воздействия.
Коммерциализация целлюлозного этанола
Коммерциализация целлюлозного этанола — это процесс создания промышленности из методов превращения целлюлозосодержащего органического вещества в топливо. Такие компании, как Iogen, POET и Abengoa, строят нефтеперерабатывающие заводы, которые могут перерабатывать биомассу и превращать ее в этанол, тогда как компании, такие как DuPont, Diversa, Novozymes и Dyadic, производят ферменты, которые могут обеспечить будущее целлюлозного этанола. Переход от кормопроизводства к отработанным остаткам и родным травам открывает широкие возможности для целого ряда игроков: от фермеров до биотехнологических фирм и от разработчиков проектов до инвесторов.
В 2008 году целлюлозная промышленность этанола разработала несколько новых коммерческих установок. В Соединенных Штатах эксплуатируются установки общей мощностью 12 млн литров (3,17 млн. Галлонов) в год и еще 80 млн литров (21,1 млн. Галлонов) в год вместимостью — на 26 новых заводах — строилось. В Канаде функционирует 6 миллионов литров в год. В Европе несколько заводов эксплуатировались в Германии, Испании и Швеции, а мощность в 10 миллионов литров в год строилась.
Итальянская компания Mossi & amp; Ghisolfi Group 12 апреля 2011 года на северо-западе Италии заложила фундамент для целлюлозного этанола 13 MMgy на северо-западе Италии. Проект станет крупнейшим в мире целлюлозным этанольным проектом, который в 10 раз больше, чем любой из существующих в настоящее время демонстрационных объектов.
Коммерческие целлюлозные этаноловые установки в США
(Эксплуатационные или строящиеся)
| Компания | Место нахождения | Сырьем |
|---|---|---|
| Abengoa Bioenergy | Hugoton, KS | Пшеничная солома |
| Этанол BlueFire | Ирвин, Калифорния | Несколько источников |
| Colusa Biomass Energy Corporation | Сакраменто, Калифорния | Отходы рисовой соломы |
| Коската | Уорренвилль, Иллинойс | Биомасса, сельскохозяйственные и муниципальные отходы |
| DuPont | Vonore, TN | Кукурузные початки, перец |
| DuPont | Невада, IA | Кукуруза |
| Fulcrum BioEnergy | Reno, NV | Твердые бытовые отходы |
| Gulf Coast Energy | Мосси Хед, Флорида | Отходы древесины |
| KL Energy Corp. | Аптон, WY | Дерево |
| Маскома | Лансинг, Мичиган | Дерево |
| Расширенные биотоплива POET-DSM | Emmetsburg, IA | Кукурузные початки, шелуха и кастрюля |
| Топливный фильтр | Treutlen County, GA | Отходы древесины |
| SunOpta | Маленький водопад, MN | Щепки |
| SweetWater Energy | Рочестер, Нью-Йорк | Несколько источников |
| Американские Envirofuels | Highlands County, FL | Сладкий сорго |
| Xethanol | Auburndale, FL | Цитрусовые кожуры |