سیستم عامل های یکپارچه انرژی زیستی و بیوتکنولوژی نشان دهنده یک رویکرد تحول آفرین برای تولید سوخت، مواد شیمیایی و مواد از زیست توده های تجدید پذیر است.با ترکیب چندین گام های بیولوژیکی و شیمیایی در یک زنجیره واحد، این سیستم عامل ها هدف به حداکثر رساندن بهره وری کربن، به حداقل رساندن زباله، و بهبود اقتصاد کلی بی تعریف، به عنوان تقاضای جهانی برای جایگزین های پایدار برای محصولات مشتق شده از فسیلی، درک متخصصان طراحی، و بهینه سازی سیستم های ضروری، و توسعه یافته، و توسعه یافته، و توسعه یافته های ضروری است.

پلتفرم های BioEnergy و Bioproducts چه هستند؟

یک پلت فرم یکپارچه انرژی زیستی و بیوتکنولوژی یک سیستم پردازش است که ترکیبی از چندین فن آوری تبدیل - مانند تخمیر میکروبی، هیدرولیزاتیک، و ارتقاء شیمی - برای تبدیل بیوما به یک نمونه کارها از محصولات، به جای یک خروجی واحد (به عنوان مثال، اتانول)، یک پلت فرم یکپارچه چندین جریان تولید می کند: سوخت زیستی، بیوپلاستیک، خوراک بیوشیمیایی، و حتی مواد شیمیایی غنی، مواد شیمیایی سمی، که در آن، حتی یک روش شیمیایی سمی است، و شیمیایی شیمیایی سبز، که در آن، مواد شیمیایی، مواد شیمیایی، مواد شیمیایی، و مواد شیمیایی، و مواد شیمیایی، مواد شیمیایی، مواد شیمیایی، حتی یک ساختار شیمیایی سمی، و مواد شیمیایی، که در آن، مواد شیمیایی، مواد شیمیایی، و مواد شیمیایی، به یک ساختار شیمیایی، مواد شیمیایی، مواد شیمیایی، که در آن، مواد شیمیایی، حتی یک ماده شیمیایی، مواد شیمیایی، مواد شیمیایی، مواد شیمیایی سمی، مواد شیمیایی، مواد شیمیایی، و مواد شیمیایی، مواد شیمیایی شیمیایی شیمیایی، و مواد شیمیایی، مواد شیمیایی، مواد شیمیایی، مواد شیمیایی، که در آن، که در آن، که در آن، و مواد شیمیایی شیمیایی شیمیایی شیمیایی شیمیایی شیمیایی شیمیایی شیمیایی شیمیایی، و حتی یک ساختار شیمیایی، به یک ساختار شیمیایی، مواد شیمیایی، به یک ساختار شیمیایی

زنجیره پردازش Core Process Chain

پلت فرم یکپارچه معمولی یک توالی از مراحل را دنبال می کند:

  • تامین و نگهداری - Feedstocks مانند اجاق گاز ذرت، کیسه شکر، بقایای چوب، جلبک و زباله های شهری ارگانیک جمع آوری، اندازه و ذخیره می شوند.
  • ] پیش درمان - فیزیکی، شیمیایی یا روش های بیولوژیکی، ماتریس مارمولک را مختل می کند، سلولز و سلولزوز در دسترس آنزیم ها قرار می گیرند.
  • [[۱] [۱۰] [FLT: ۱]-۷]- Cellulases و hemicellulases شکستن پلی ساکارید به قندهای تخمیر شده (گل، زایش، زایش، و هاریوز).
  • تسهیل - میکروارگانیسم ها (ybio,bacterium, قارچ) تبدیل قند به محصولات هدف: اتانول, اماanol, اسید لاکتیک, اسید succinic, یا پلی هیدروکسیالنوات (PHAs).
  • بازیابی محصول و پاکسازی - Distillation، جداسازی غشایی، کریستال سازی یا کروماتوگرافی ترکیبات مورد نظر را جدا می کند.
  • تغییر وتوراسیون [FLT 1] - Lignin، Stillage و دیگر محصولات جانبی برای گرما و تولید برق استفاده می شود، یا به مواد شیمیایی معطر، فیبر کربن، یا چسب های مبتنی بر زیست ارتقاء می یابد.

تنوع Feedstock

مزیت کلیدی سیستم عامل های یکپارچه توانایی آنها برای پردازش طیف گسترده ای از خوراک است، اغلب در همان مرکز. Lignocellulosic biomass (مزامیر کشاورزی، محصولات انرژی، نازک شدن جنگل) فراوان ترین و ارزان ترین اختلال در برابر بی ثباتی حیوانات است. Algae و cyanobacteria ارائه می دهد نرخ رشد بالا و محتوای چربی برای بیوسل و انتشار مواد غذایی - همچنین کاهش انعطاف پذیری زباله های کم مواد غذایی - صرفه جویی در مواد غذایی.

علم پشت ادغام فرایند

ادغام صرفاً یک موضوع اتصال عملیات واحد نیست؛ نیاز به تطبیق دقیق شرایط واکنش، نرخ جریان و تحمل متوسط دارد.یک تغییر در شدت پیش از درمان بر عملکرد آنزیم تأثیر می گذارد؛ محصولات جانبی از تخمیر می تواند مانع از کاهش مراحل آنزیمی شود.

تکنولوژی های پیش از درمان

Pretreat یکی از مهم ترین و سرمایه-برترین گام ها است.D. ⁇ اسید، انفجار بخار، گسترش فیبر آمونیاک (AFEX) و ارگانosolv به طور گسترده مورد مطالعه قرار می گیرد، هر کدام یک ساختار منحصر به فرد زیست توده ای را تولید می کنند و بینش های مختلف مهار کننده (فور، HMF، اسید ایزویتیک) را تولید می کنند که باید برداشته یا تحمل شوند.

بهینه سازی هیدروکسیداتیک

کوکتل های آنزیمی باید به روش خاص بستر و پیش درمان طراحی شوند. بارگیری جامدات بالا (20 تا 30٪ خشک) استفاده از آب و هزینه های سرمایه را کاهش می دهد اما ویسکوزیته و محدودیت های انتقال توده ای مانند اضافه کردن خوراک، مکمل های موجی و بازیافت آنزیم می تواند بهبود یابد. صنعت در حال حرکت به سمت تثبیت پردازش زیستی (C)، که در آن یک کنسرسیوم واحد یا کاهش قابل ملاحظه ای از آنزیم ها و کاهش هزینه های انتقال، و کاهش مصرف کننده است.

فرم سازی و سیستم های فرهنگ Co-culture

تخمیر سنتی از فرهنگ های خالص استفاده می کند، اما سیستم عامل های یکپارچه اغلب از فرهنگ های co-culture یا میکروبی بهره مند می شوند که می توانند به طور همزمان از چندین شکر استفاده کنند و محصولات متنوع تولید کنند.به عنوان مثال، یک مخمر مهندسی شده برای مصرف xylmerose در کنار گلوکز می تواند بازده اتانول را از مارمولک های هیدرولیزریک تولید کند.

پردازش پایین و بازیابی محصول

بازیابی محصولات کم تحرک اغلب 30 تا 50 درصد از کل هزینه های تولید را تشکیل می دهد.استراتژی های ادغام مانند در حذف محصول situ (به عنوان مثال، دفع گاز برای اتانول، تبخیر غلظت Lol) پایین و کاهش سمیت به میکروب ها، الکترولیز، و حرکت به طور فزاینده ای شبیه سازی شده است، از طریق آرومات کربن به طور مداوم، به طور مداوم، به طور مداوم، تمیز کردن، و یا تجزیه و یا تجزیه و تحلیل، به طور مداوم، به طور مداوم، به طور مداوم، به طور مداوم، به طور مداوم، به طور مداوم، به طور مداوم، به طور مداوم، به طور مداوم، به طور مداوم، به طور مداوم، به طور مداوم، به طور مداوم، به طور مداوم، استفاده از طریق هیدروژن، تمیز کردن.

مزایای ادغام

محرک اصلی اقتصادی برای ادغام (FLT:0) تنوع پایدار است.با تولید مواد شیمیایی با ارزش بالا در کنار سوخت های زیستی کالا، فرایند کلی به نوسانات بازار انعطاف پذیر تر می شود، به عنوان مثال، یک گیاه که اتانول، اسید succinic، و یک ligنین-connecter می تواند حتی سودآور باقی بماند اگر قیمت های تولید گازهای گلخانه ای کاهش یابد.

ادغام همچنین از اصول یک بی طرفی دایره ای کربن از اتمسفر، ثابت شده توسط گیاهان در طول فتوسنتز، در محصولات (به عنوان مثال، پلاستیک، مواد ساختمانی) و یا به عنوان CO2 که می تواند جذب و استفاده مجدد از آن شود، پشتیبانی می کند. انرژی مورد استفاده در فرایند می تواند با سوزاندن بیوماهای باقی مانده، تولید خود انرژی کافی تامین شود.

چالش ها و موانع تجاری سازی

با وجود وعده، تعداد کمی از سیستم عامل های یکپارچه به مقیاس تجاری رسیده اند، موانع فنی، اقتصادی و لجستیکی باقی مانده است.

فنی Hedles

  • Inhibitor Interference [FLT 1] - ترکیبات تولید شده در طول آنزیم ها و میکروب ها را مهار می کند.
  • تعادل گسترده و انرژی [FLT 1] - ادغام عملیات واحد متعدد می تواند تنگنا ایجاد کند؛ به عنوان مثال، محتوای آب بالا در هیدرولیز کاهش بازده تخمیر.
  • ] ثبات میکروبی ( - تخمیر مداوم طولانی مدت تحت شرایط غیرsterile مستعد آلودگی فرهنگ های مخلوط و کمک های سویه قوی است، اما کنترل فرآیند خواستار آن است.

قابلیت اقتصادی

هزینه های سرمایه برای یک زیست محیطی قابل توجه است - اغلب صدها میلیون دلار - و هزینه های عملیاتی حساس به قیمت خوراک، بارگیری آنزیم و بازده است. یارانه های دولتی و اعتبارات کربن می توانند تعادل را بهبود بخشد، اما بسیاری از پروژه ها هنوز هم برای رقابت با نفت کم هزینه تلاش می کنند.

مقیاس بالا

حرکت از خلبان (1 تا 10 تن در روز) به تظاهرات (50 -200 تن در روز) و مقیاس تجاری (500 تن در روز) همواره چالش های پیش بینی نشده در مخلوط کردن، انتقال گرما و انجام جامد را نشان می دهد.

روند و نوآوری های نوظهور

تحقیقات در چندین جهت شتاب می یابد که می تواند پتانسیل کامل سیستم عامل های یکپارچه را باز کند.

اعتبار در Valorization

Lignin اغلب برای گرما سوزانده می شود، اما ساختار آروماتیک آن یک قفسه گنج برای مواد شیمیایی است. روش های کاتالیتیک جدید می تواند دیننین را به BTX (بنزن، Toluene، زاین)، فن فن فن فن فن آوری و سیکلهیدن (FLT:0A 2020 بررسی در Trend در بیوتکنولوژی [F:2] بیوتکنولوژی [F2] [F2] که درآمد دو برابر افزایش یافته است.

پردازش Bio Processing (CBP)

CBP با هدف ترکیب تولید آنزیم، هیدرولیزوز و تخمیر در یک مرحله با استفاده از یک میکروارگانیسم یا کنسرسیوم، ارگانیزم هایی مانند موفقیت ترمیوم به طور طبیعی این کار را ساده می کند، اما بازده کم است. زیست شناسی مصنوعی مهندسی (FLT:2Saccharomyce) است [F6]

سوخت های الکتروbiobiocos

الکترولیت میکروبی با برق تجدید پذیر یک مسیر برای ذخیره قدرت متناوب به عنوان سوخت مایع ارائه می دهد، در این روش، میکروارگانیسم ها الکترون (از طریق الکترودها) و CO2 را برای تولید استات، که سپس به اتانول یا امانول توسط یک ارگانیسم دوم ارتقا داده می شود، اگرچه آن را نشان دهنده ادغام رادیکال از فن آوری های زیستی و قدرت به X است.

چشم انداز آینده و مسیر تحقیقات

دهه آینده احتمالاً شاهد اولین بیوترادهای یکپارچه تجاری خواهد بود که ترکیبی از سوخت های زیستی و اولویت های تحقیقات زیستی را تولید می کنند:

  • توسعه میکروب های قوی و مقاوم با عملکرد بالا و تیتر.
  • طراحی ماژولار، واحدهای پیش درمان موبایل که می توانند در نزدیکی منابع خوراک خود مستقر شوند.
  • بهبود پردازش مداوم و نظارت بر زمان واقعی با استفاده از یادگیری ماشین برای کنترل تطبیقی.
  • بررسی خوراک جایگزین، مانند زباله های پلاستیکی مخلوط و دی اکسید کربن، برای تکمیل بیوmass.

همکاری در رشته ها - از زیست شناسی مولکولی گرفته تا مهندسی را به اقتصاد - ضروری است مشارکت های عمومی-خصوصی، مانند موسسه انرژی زیستی یکپارچه (JBEI) ، نشان می دهد که چگونه تحقیقات هماهنگ سرعت آماده سازی فن آوری را نشان می دهد.

در نهایت، موفقیت این سیستم عامل ها به توانایی ما برای فکر کردن به طور جامع در مورد کل زنجیره ارزش - از نور خورشید و خاک به محصول مصرف کننده - و به سیستم های مهندسی که نه تنها مولد بلکه انعطاف پذیر است، بستگی دارد، اما پاداش بالقوه یک بی ثباتی حلقه بسته است که رشد اقتصادی را با مرزهای سیاره ای آشتی می دهد.