Mía năng lượng tạo ra nhiều dầu diesel sinh học hơn đậu tương với chi phí thấp hơn: nghiên cứu
Ảnh: CC0 Public Domain
Năng lượng sinh học từ cây trồng là một giải pháp thay thế bền vững cho nhiên liệu hóa thạch. Các loại cây trồng mới như mía năng lượng có thể tạo ra lượng nhiên liệu trên mỗi mẫu Anh nhiều hơn gấp nhiều lần so với đậu nành. Tuy nhiên, những thách thức vẫn còn trong việc xử lý cây trồng để khai thác nhiên liệu hiệu quả.
Bốn nghiên cứu mới của Đại học Illinois khám phá các phương pháp tiền xử lý không dùng hóa chất, phát triển các phương pháp định hình thông lượng cao và tính khả thi về kinh tế công nghệ quy mô thương mại của việc sản xuất nhiên liệu từ mía trong các tình huống khác nhau.
Các nghiên cứu này là một phần của dự án ROGUE (Dầu tái tạo được tạo ra bằng năng lượng siêu hiệu quả) tại U of I. ROGUE tập trung vào việc tích tụ triacylglyceride (TAGs) trong kỹ thuật sinh học trong lá và thân của cây mía, cho phép sản xuất nhiều dầu thực vật công nghiệp hơn. trên mỗi mẫu Anh so với trước đây có thể.
Vijay Singh nói: "Năng suất của những loại cây phi lương thực này rất cao trên một đơn vị diện tích đất. Đậu tương là cây trồng truyền thống được sử dụng cho dầu diesel sinh học, nhưng chúng ta có thể thu được năng suất cao hơn, nhiều dầu hơn và sau đó là nhiều nhiên liệu sinh học hơn từ cây mía năng lượng sản xuất lipid". , Giáo sư sáng lập tại Khoa Kỹ thuật Nông nghiệp và Sinh học (ABE) tại U of I và là đồng tác giả của cả bốn bài báo.
Đồng tác giả nghiên cứu Deepak Kumar, trợ lý giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Hóa học tại Đại học Khoa học Môi trường và Lâm nghiệp Đại học Bang New York (SUNY-, sản xuất nhiên liệu sinh học từ cây trồng liên quan đến việc phá vỡ vật liệu xenlulo và chiết xuất dầu trong một loạt các bước ESF) và nhà khoa học nghiên cứu hỗ trợ tại Viện Sinh học Bộ gen Carl R. Woese ở U of I.
"Bước đầu tiên là chiết xuất nước trái cây. Đó là bã mía, một nguyên liệu lignoxenluloza mà bạn có thể xử lý để sản xuất đường và sau đó lên men thành cồn sinh học", Kumar nói.
Ông cho biết thêm: "Một trong những điều quan trọng trong quá trình xử lý bất kỳ sinh khối lignocellulosic nào là bước tiền xử lý. Bạn cần phải phá vỡ cấu trúc có tính kiềm chế của vật liệu, để các enzym có thể tiếp cận xenluloza". "Vì cây mía là một loại cây trồng tương đối mới, nên có rất ít nghiên cứu về việc tiền xử lý và phân hủy bã mía này để tạo ra đường và chuyển những đường đó thành nhiên liệu sinh học."
Quá trình tiền xử lý cũng tạo ra một số hợp chất không mong muốn, chúng ức chế các enzym chuyển hóa đường thành nhiên liệu sinh học. Các nhà nghiên cứu của U of I đã nghiên cứu các phương pháp tiền xử lý tốt nhất để tối đa hóa sự phân hủy trong khi giảm thiểu việc sản xuất các chất ức chế. Thông thường, quá trình tiền xử lý sử dụng các hóa chất như axit sulfuric để phân hủy sinh khối ở nhiệt độ và áp suất cao.
Kumar giải thích: “Chúng tôi sử dụng phương pháp không sử dụng hóa chất, giúp nó thân thiện với môi trường hơn. "Hơn nữa, các hóa chất khắc nghiệt có thể làm thay đổi cấu trúc hoặc chất lượng dầu trong sinh khối."
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm phương pháp của họ bằng cách sử dụng chín sự kết hợp khác nhau giữa nhiệt độ và khoảng thời gian. Họ có thể đạt được hơn 90% sự chuyển hóa xenlulo ở điều kiện tối ưu, tương đương với kết quả từ các phương pháp tiền xử lý hóa học.
Nghiên cứu thứ hai được xây dựng dựa trên những kết quả đó để điều tra sâu hơn mối quan hệ giữa nhiệt độ, sản xuất chất ức chế và thu hồi đường.
"Chúng tôi đã xử lý trước sinh khối lignocellulosic qua nhiều nhiệt độ khác nhau để tối ưu hóa điều kiện tạo ra chất ức chế tối thiểu mà không ảnh hưởng đến việc thu hồi đường. Sau đó, chúng tôi thêm nghiền đông lạnh vào quy trình", Shraddha Maitra, cộng sự nghiên cứu sau tiến sĩ tại ABE và là tác giả chính về học.
"Trong quá trình nghiền đông lạnh, bạn xử lý bã mía bằng nitơ lỏng, làm cho nó rất giòn, do đó khi nghiền các vết nứt sinh khối dễ dàng giải phóng đường. Điều này càng làm tăng khả năng thu hồi đường, chủ yếu là xylose, khoảng 10% so với các quy trình tinh chế khác, ”Maitra giải thích.
Các ngành công nghiệp khác sử dụng các phương pháp tương tự, ví dụ đối với gia vị và tinh dầu, trong đó điều quan trọng là phải giữ được chất lượng của sản phẩm. Nhưng việc áp dụng chúng vào sản xuất nhiên liệu sinh học là điều mới mẻ.
Trong nghiên cứu thứ ba, Maitra và các đồng tác giả của cô đã nghiên cứu công nghệ cộng hưởng từ hạt nhân miền thời gian (NMR) để xác định độ ổn định và sự phục hồi của lipid bằng cách theo dõi những thay đổi về tổng số, liên kết và lipid tự do sau các quy trình tiền xử lý nguyên liệu vật lý và hóa học khác nhau.
Nghiên cứu thứ tư của nhóm nghiên cứu đã điều tra tính khả thi về kinh tế - kỹ thuật ở quy mô thương mại của nhà máy lọc sinh học dựa trên năng lượng được thiết kế. Họ đã sử dụng mô hình máy tính để mô phỏng quá trình sản xuất theo hai kịch bản khác nhau nhằm xác định vốn đầu tư, chi phí sản xuất và sản lượng so với dầu diesel sinh học làm từ đậu tương.
"Mặc dù vốn đầu tư cao hơn so với dầu diesel sinh học từ đậu tương, nhưng chi phí sản xuất lại thấp hơn (66 đến 90 xu / lít) so với đậu tương (91 xu / lít). nhưng sản xuất dầu diesel sinh học nhiều gấp 5 lần trên một đơn vị diện tích đất "
