Ethanol maken van houtsnippers

Proefmethoden om houtsnippers en gras om te zetten in ethanol worden binnenkort op productieschaal getest. Mascoma Corporation , gevestigd in Cambridge, MA, bouwt demonstratiefaciliteiten die de capaciteit zullen hebben om ongeveer een half tot twee miljoen gallons ethanol per jaar te produceren uit afvalbiomassa. De startup ontving onlangs $ 30 miljoen aan durfkapitaal, wat zijn opschalingsplannen voedt.



Het onderzoek van Lee Lynd, hoogleraar engineering aan Dartmouth College en medeoprichter van Mascoma Corporation, helpt de kosten te drukken voor het maken van ethanol uit cellulosebronnen zoals maïsstengels en houtsnippers.

Hoewel Mascoma zijn uiteindelijke doel om een ​​enkel genetisch gemanipuleerd organisme te gebruiken om houtsnippers en andere cellulosehoudende grondstoffen om te zetten in ethanol niet heeft bereikt, heeft het bedrijf genetisch gemodificeerde bacteriën ontwikkeld die een deel van het proces van het produceren van ethanol kunnen versnellen. Het geoptimaliseerde proces belooft genoeg om te investeren in het opschalen van de technologie, zegt Colin South, president van Mascoma.





Maïsgraan, de huidige bron van ethanol in de Verenigde Staten, vereist grote hoeveelheden land en energie om te produceren. Dit, samen met de vraag naar maïs als voedsel, beperkt de totale hoeveelheid ethanol die uit maïs kan worden geproduceerd tot ongeveer 15 miljard gallons per jaar - ongeveer drie keer zoveel als momenteel wordt geproduceerd. Als de brandstof een aanzienlijk deel van de 140 miljard gallons benzine die elk jaar in de Verenigde Staten wordt verbruikt, moet vervangen, zullen ethanolproducenten zich moeten wenden tot biomassa zoals houtsnippers en switchgrass. Deze hulpbronnen zijn goedkoper en potentieel veel overvloediger, en ze kunnen veel efficiënter worden omgezet in ethanol dan maïs, omdat ze minder energie nodig hebben om te groeien (zie Het leven opnieuw ontwerpen om ethanol te maken).

Ethanol uit dergelijke bronnen zou inderdaad een zeer groot deel van de benzine die momenteel voor voertuigen wordt gebruikt, kunnen vervangen, zegt Gregory Stephanopoulos, hoogleraar chemische technologie aan het MIT. Hij zegt dat sommige experts schatten dat met winst in efficiëntie en hoge opbrengsten van ethanol, alle benzine voor transport zou kunnen worden vervangen; de meest conservatieve schattingen zeggen dat ongeveer 20 procent zou kunnen worden vervangen. In de hoop dit potentieel te benutten, heeft een handvol bedrijven, waaronder Celunol , in Dedham, MA; Iogen , in Ottawa, Canada, die een bestaande fabriek op demonstratieschaal heeft en plannen heeft om op te schalen naar commerciële productie; en de Nationaal laboratorium voor hernieuwbare energie (NREL), in Golden, CO– werken aan de ontwikkeling van betere technologie voor het maken van cellulose-ethanol.

Ondanks zijn potentieel is cellulose-ethanol tegenwoordig duur om te maken. Het vereist duurdere apparatuur en meer verwerkingsstappen dan het maken van ethanol uit maïskorrels. Terwijl zowel maïs als cellulose-ethanol worden gemaakt door suiker te vergisten, is het omzetten van het zetmeel in maïskorrel in suiker veel gemakkelijker dan het omzetten van de complexe cellulose in maïsstengels of biomassa zoals houtsnippers. Om het proces te vereenvoudigen en de kosten te verlagen, hopen veel onderzoekers uiteindelijk een enkel organisme te ontwikkelen dat zowel de cellulose kan afbreken als de resulterende suikers in ethanol kan omzetten. Maar onderzoek verbetert al delen van het proces. Zo hebben onderzoekers een cocktail van enzymen gemaakt om cellulose om te zetten in suiker die honderd keer goedkoper is dan eerdere methoden, zegt George Douglas, woordvoerder van het NREL.




Mascoma richt zich op het verbeteren van de eerste stappen van het proces - het voorbehandelen van grondstoffen en het omzetten van cellulose in suikers - die volgens South essentieel zijn voor het verlagen van de kosten. In de conventionele voorbehandelingsstap worden materialen zoals houtsnippers gedrenkt in een verdunde oplossing van zwavelzuur en vervolgens verwarmd. Dit breekt complexe ligninestructuren af ​​die een schild rond de cellulose vormen, zegt Charles Wyman, medeoprichter van Mascoma en professor in chemische en milieutechniek aan de Universiteit van Californië, in Riverside. Wyman's onderzoek heeft de mechanismen geanalyseerd die bij dit proces betrokken zijn, waardoor het bedrijf deze stap kan optimaliseren. Mascoma heeft ook technologie ontwikkeld om de volgende stap te verbeteren: het afbreken van de nu toegankelijke cellulose tot suikers met behulp van enzymen die door organismen worden geproduceerd. In het laatste deel van het proces worden deze suikers gefermenteerd om ethanol te maken.

Wyman schat dat de technologie van het bedrijf ethanol zou kunnen produceren voor ongeveer dezelfde kosten als het produceren van ethanol uit maïs, en uiteindelijk voor minder geld. Dit zou een aanzienlijke verbetering zijn ten opzichte van andere technologie. Een kostenanalyse in een NREL-proeffabriek suggereert bijvoorbeeld dat het meer dan twee dollar per gallon zou kosten om cellulose-ethanol te maken, ongeveer het dubbele van de kosten van het maken van maïs-ethanol. Maar zelfs NREL-onderzoekers zijn ervan overtuigd dat deze kosten binnen zes jaar zullen worden gehalveerd en de maïs-ethanolkosten zullen bedragen, zegt Douglas.

De productie van voldoende ethanol om een ​​aanzienlijk deel van het benzineverbruik te vervangen, is echter nog vele jaren verwijderd. Het vereist verdere verbetering van zowel de technologie als de industriële processen, inclusief de uitdagingen die gepaard gaan met het verwerken van grote hoeveelheden omvangrijke biomassa. We zijn er zeker nog niet, zegt Stephanopoulos van MIT. Processen zijn tegenwoordig duidelijk oneconomisch.

Maar Douglas zegt dat onderzoekers optimistisch zijn dat voortdurende financiering en de toepassing van nieuwe hulpmiddelen wijdverbreide cellulose-ethanol mogelijk zal maken: de paden zijn vrij duidelijk.



zich verstoppen