Целлюлозный этанол: что это и из чего он сделан?
Целлюлозный этанол — это вид биотоплива, который производится из целлюлозы, основного компонента клеточных стенок растений. Целлюлоза присутствует во всех растениях и является самым распространенным органическим соединением на планете. Хотя процесс получения этанола из целлюлозы более сложен, чем из крахмала или сахаросодержащих культур, таких как кукуруза, источники целлюлозы практически безграничны. Это делает целлюлозный этанол привлекательным вариантом для производителей, так как они могут использовать различные ресурсы, включая сельскохозяйственные отходы, побочные продукты ухода за газонами и садами, а также быстрорастущие непищевые культуры, которые можно выращивать на менее плодородных землях.
Сырье для производства целлюлозного этанола
Существует два основных типа сырья, используемого для производства целлюлозного этанола: сельскохозяйственная биомасса и лесная биомасса. Сельскохозяйственная биомасса включает в себя отходы пищевых культур, такие как початки кукурузы, кукурузная солома и рисовая солома. Кроме того, существуют культуры, которые специально выращиваются для производства энергии. К таким культурам относятся пырей, сахарный тростник и мискантус. Обычно предпочтение отдается самосевным культурам, которые не требуют повторной посадка после каждого урожая и устойчивы к засухе и неблагоприятным погодным условиям.
Лесная или древесная биомасса также предоставляет множество возможностей для производства этанола и имеет определенные преимущества в обработке по сравнению с сельскохозяйственной биомассой. Некоторые виды деревьев могут быть специально выращены как энергетические культуры. Короткосрочные древесные культуры, которые можно быстро сажать, собирать и пересаживать, являются идеальными кандидатами для использования в производстве целлюлозного этанола. Кроме того, побочные продукты лесного хозяйства, такие как древесная щепа, кора и опилки, также могут быть использованы. Другой альтернативой является макулатура, которая может быть переработана для получения целлюлозного этанола.
Процессы производства целлюлозного этанола
Целлюлозолиз
Для создания целлюлозного этанола можно использовать один из двух основных процессов. Первый процесс называется целлюлозолизом. Это процесс, в котором целлюлоза подвергается гидролизу для расщепления на простые сахара. Сначала целлюлоза проходит предварительную обработку, чтобы разрушить часть ее жесткой структуры как физически, так и химически. Это делает целлюлозу более доступной для процесса гидролиза, который расщепляет молекулы на сахара с помощью ферментов, известных как ферменты целлюлазы. После этого сахара отделяются от оставшихся материалов и ферментируются с использованием микробов, а затем перегоняются для получения этанола.
Газификация
Второй процесс, который можно использовать для производства целлюлозного этанола, называется газификацией. В процессе газификации углерод, содержащийся в целлюлозе, превращается в водород, углекислый газ и угарный газ с использованием частичного сгорания. Затем для ферментации этих газов используется микроорганизм Clostridium ljungdahlii, который преобразует их в этанол и воду. После этого этанол отделяется от воды.
Преимущества целлюлозного этанола
Целлюлозный этанол имеет множество преимуществ по сравнению с традиционными источниками топлива. Во-первых, он может быть произведен из различных видов сырья, что делает его более устойчивым и доступным. Во-вторых, использование сельскохозяйственных и лесных отходов для производства этанола помогает сократить количество отходов и уменьшить негативное воздействие на окружающую среду. Кроме того, целлюлозный этанол может быть использован в существующих двигателях и инфраструктуре, что делает его более удобным для внедрения.
Экологические аспекты
Производство целлюлозного этанола также имеет положительное влияние на экологию. Использование возобновляемых источников энергии помогает снизить выбросы парниковых газов и уменьшить зависимость от ископаемых видов топлива. Кроме того, целлюлозный этанол может способствовать улучшению качества воздуха, так как его сжигание.
