الطاقة والبيئة

من النباتات إلى الوقود الحيوي: شرح للمعالجة المسبقة للكتلة الحيوية

من النباتات إلى الوقود الحيوي: شرح للمعالجة المسبقة للكتلة الحيوية


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

مصنع الإيثانول الحيوي في سيل ساندز ، تيسايد ، المملكة المتحدة [مصدر الصورة:نيك برامهول ، فليكر]

الطاقة المتجددة من الكتلة الحيوية هي الآن عنصر رئيسي في تطوير الطاقة المتجددة في جميع أنحاء العالم. يتكون الوقود المستخدم في هذه العملية ، والمعروف باسم المواد الأولية ، من الكتلة الحيوية اللجنوسليلوزية ، أي نباتات ذات بنية معقدة تحتوي على بوليمرات السليلوز ، والهيميسليلوز ، واللجنين. عادةً ما تكون هذه مواد مثل القش أو حطب الذرة أو عشب التبديل أو نفايات الخشب ، وتستخدم في الغالب لإنتاج الوقود الحيوي ، مثل الإيثانول الحيوي ، والتي يجب أن تخضع لعملية تخمير تتحول فيها السكريات إلى كحول (الإيثانول شكل من الكحول). تقبل معظم ضمانات السيارة بحد أقصى 5 بالمائة من الإيثانول الحيوي / مزيج البنزين بنسبة 95 بالمائة. قد تكون الخلطات الأقوى ممكنة ولكنها تتطلب عادةً تعديل السيارة حتى تكون ناجحة.

قبل عملية التخمير ، يجب إطلاق السكريات من اللجنين عبر عدد من عمليات المعالجة المسبقة. يمكن أن تنتج هذه العمليات أيضًا منتجات ثانوية متنوعة من خلال عمليات تكرير حيوية متكاملة.

تحتوي بوليمرات الكربوهيدرات السليلوز والهيميسليلوز والبوليمر العطري اللجنين على سكريات كربون مرتبطة بإحكام باللجنين. هذا يعني أنهم محاصرون داخل lignocellulose. هذا يعني أنه يجب أولاً فصلها عن اللجنين ثم تحللها بالماء باستخدام حمض أو إنزيمات ، من أجل تفكيكها إلى سكريات (السكريات الأحادية البسيطة) بحيث يمكن استخدامها للوقود الحيوي.

الخطوة الأولى في هذا الإجراء هي خطوة ميكانيكية. يجب تقطيع النباتات وطحنها لتقليل حجمها وتقليل التبلور وتقليل البلمرة وزيادة تأثير التحلل المائي الحمضي أو الإنزيمي. يؤدي ذلك أيضًا إلى تحسين كثافة الطاقة في الكتلة الحيوية بحيث يمكن نقلها بسهولة أكبر من حقل إلى نقطة لاستخدامها. عادةً ما يتم تحويل الكتلة الحيوية إلى كريات أو مكعبات أو كرات الصولجان (تشبه في الحجم والشكل قرص هوكي الجليد). يمكن أيضًا تحويلها إلى "فحم حيوي" أو "زيت حيوي" من خلال المعالجة الحرارية والضغط.

التجزئة هي العملية التي يتم فيها تحويل الكتلة الحيوية إلى لجنين ، وسليلوز ، وهيميسليلوز ، والتي يمكن معالجتها بسهولة أكبر في مصفاة حيوية.

والخطوة التالية هي الانفجار البخاري ، حيث يتم تكسير البنية الليفية للكتلة الحيوية بواسطة بخار عالي الضغط ثم يتم التخلص منه بسرعة. هذا يدمر الألياف وبالتالي تمكين عمليات ما قبل المعالجة اللاحقة. تشمل الطرق الأخرى لتحقيق نفس النتيجة انفجار ألياف الأمونيا ، حيث يتم معالجة الكتلة الحيوية بالأمونيا السائلة عند درجة حرارة وضغط مرتفعين ، وانفجار ثاني أكسيد الكربون شديد الحرج حيث يتم معالجة الكتلة الحيوية بثاني أكسيد الكربون.

يضيف علماء خدمة البحوث الزراعية التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية سلالة خميرة جديدة إلى خليط كوز الذرة لاختبار فعاليته في تخمير الإيثانول من السكريات النباتية [مصدر الصورة:وزارة الزراعة الأمريكية ، فليكر]

يتضمن التحلل المائي القلوي معالجة الكتلة الحيوية بتركيز عالٍ من القلوية عند درجة حرارة منخفضة لفترة طويلة. المواد المستخدمة لهذا الغرض تشمل هيدروكسيد الصوديوم ، هيدروكسيد الكالسيوم أو الأمونيا. تشمل مزايا هذه العملية درجات حرارة وضغوط منخفضة ، وتدهور أقل للسكريات والقدرة على استعادة العديد من الأملاح الكاوية. ومع ذلك ، فإن الفترة الزمنية الطويلة المطلوبة والتركيز العالي للقلويات هي العيوب الرئيسية.

إزالة اللجنين بدرجة الحرارة المنخفضة (LTSD) هي عملية طورتها شركة Bio-Process Innovation Inc التي تستخدم كميات صغيرة من المواد الكيميائية غير السامة. تم إنشاء مصنع تجريبي بوزن طن واحد من قبل الشركة في إنديانا بالولايات المتحدة الأمريكية ، ولكن هذه العملية متاحة الآن تجاريًا على نطاق واسع للاستخدام في المصافي الحيوية في أماكن أخرى.

يستخدم تجزئة Lignocellulosic المحسن بالمذيبات المشتركة (CELF) مركبًا عضويًا يسمى رباعي هيدرو الفوران (THF) مع حمض الكبريتيك المخفف للتجزئة. يمكن أن تنتج نسبة عالية من السكر للتخمير. يمكن أن ينتج أيضًا عددًا من المركبات العضوية المفيدة بما في ذلك فورفورال (الذي يمكن استخدامه كمساعد في توصيل مبيدات الأعشاب الزراعية وكمذيب كيميائي) ، و 5-هيدروكسي ميثيل فورفورورال ، وحمض ليفولينيك الذي يمكن تحويله بشكل تحفيزي إلى مواد كيميائية أو وقود. تم تطوير هذه العملية من قبل جامعة كاليفورنيا وتم ترخيصها من قبل CogniTek. تم إنشاء شركة تسمى MG Fuels لتسويق العملية.

يستخدم Organosolv المذيبات العضوية مثل الإيثانول والميثانول والبيوتانول وحمض الخليك لجعل اللجنين والهيميسليلوز قابل للذوبان. تم تطوير عملية المذيبات العضوية الحاصلة على براءة اختراع وحصلت على براءة اختراع بواسطة American، Science and Technology AST على الرغم من أنها حاليًا فقط على نطاق تجريبي. تقوم العملية بتحويل الكتلة الحيوية اللجنو سليلوزية إلى سكريات ، ولجنين نقي ، ولب وكيمياء حيوية ، وتتضمن التجزئة والتحلل المائي لإنتاج أكثر من 95 بالمائة من إنتاج السكريات.

تحلل الأوزون هو معالجة الكتلة الحيوية بالأوزون قبل التحلل المائي للإنزيم.

يعد الانحلال الحراري أحد أكثر العمليات المعروفة ، والتي تتضمن التحلل الكيميائي عن طريق التسخين. يحقق الانحلال الحراري الفلاش ذلك في غضون 1-2 ثانية باستخدام درجات حرارة تصل إلى 500 درجة مئوية. وحدات الانحلال الحراري المتنقلة قيد الاستخدام حاليًا بين عدد من المنظمات في جميع أنحاء العالم ، بالإضافة إلى نشرها على المستوى المحلي في البلدان النامية لتحقيق إنتاج مجتمعي للوقود الحيوي. Torrefaction هو شكل أكثر اعتدالًا من الانحلال الحراري ، حيث يتم إجراء العملية الحرارية الكيميائية عند 200-350 درجة مئوية في غياب الأكسجين الذي ينتج الكتلة الحيوية الحرارية أو الفحم ، والمعروف أكثر باسم "الفحم الحيوي".


شاهد الفيديو: شاهد. إبداع الشاب السوري أسامة في ابتكاره الوقود الحيوي من الزيوت النباتية بأدوات بسيطة (ديسمبر 2022).