이 플랫폼은 다양한 생물 에너지 및 바이오 제품 플랫폼으로, 이러한 플랫폼은 탄소 효율을 극대화하고 폐기물을 최소화하고 바이오리테스팅의 전반적인 경제를 개선하는 데 중점을 두는 것입니다. 이 플랫폼은 단일 프로세스 체인 내에서 여러 생물학 및 화학 변환 단계를 결합하여, 이러한 플랫폼은 탄소 효율성을 극대화하고 폐기물을 최소화하고, 바이오리테스팅의 전반적인 경제를 향상시킵니다. 지속 가능한 대안을 위한 글로벌 수요로 화석 파생된 제품으로 인해 이러한 통합 시스템의 설계, 운영 및 최적화가 근본적인 연구, 산업 전문가 및 정책 제작자에 적용됩니다.

통합 Bioenergy 및 Bioproducts 플랫폼은 무엇입니까?

이 플랫폼은 미생물의 수력, 수력, 열화성, 생화확적인 향상과 같은 여러 변환 기술을 결합하는 공정 시스템이며, 바이오 매스를 제품의 포트폴리오로 변환하는 열화성 향상을 위한 시스템입니다. 단일 출력(예: 에탄올) 대신 통합 플랫폼은 여러 스트림을 생산합니다. 바이오 연료, 바이오 플라스틱, 바이오 화학, 동물 먹이, 심지어 전력. 이 접근 방식은 석유 정제의 구조, 석유 정제의 구조, 석유 정제의 가치는 수십억 달러의 생산량과 재생성에 대한 재생성 및 재생성에 대한 재생성으로 작동하지만, 수십억 달러의 재활용을 위해 연구합니다.

핵심공정 사슬

전형적인 통합 플랫폼은 단계의 순서에 따릅니다:

  • 바이오매스 공급 및 취급 – 옥수수 난로, 설탕가루, 나무 잔류물, 조류, 유기 도시 폐기물 등 먹이는 주식은 수집, 크기 및 저장됩니다.
  • Pretreatment – 물리, 화학, 또는 생물학적 방법은 lignocellulosic matrix를 혼란, 셀룰로오스를 만들고 효소에 접근할 수 있는 갑각류를 만듭니다.
  • 효소 가수 분해 – 셀라세스와 혈당은 발효성 설탕으로 다당류를 깰 (glucose, xylose, 아랍인).
  • Fermentation – Microorganisms (효모, 박테리아, 곰팡이) 대상 제품에 설탕을 변환 : 에탄올, butanol, lactic acid, succinic acid, 또는 polyhydroxyalkanoates (PHAs).
  • 제품 복구 및 정화 – 증류, 막 분리, 결정화, 또는 염색체는 원하는 화합물을 격리.
  • Residue Valorization – Lignin, Stillage, 기타 바이스 제품은 열 및 발전에 사용되거나 아로마 화학 물질, 탄소 섬유 또는 바이오 기반 접착제로 업그레이드됩니다.

Feedstock 다양성

이 플랫폼은 다양한 종류의 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스, 가스, 석유 및 가스, 가스, 가스, 석유 및 가스, 가스, 석유 및 가스, 석유 및 가스

Process Integration의 과학

통합은 단순히 연결 단위 가동의 사정이 아닙니다; 그것은 반응 조건, 흐름율 및 중간 포용력의 주의깊게 일치를 요구합니다. 전처리 severity에 있는 변화는 효소 성과에 영향을 줍니다; 발효작용에서 부산물은 다운스트림 효소 단계를 금할 수 있습니다. 체계 수준 최적화와 과정 intensification에 성공적인 통합 의존.

Pretreatment 기술

Pretreatment는 가장 중요한 자본 집중적인 단계 중 하나 남아 있습니다. Dilute 산, 증기 폭발, 암모니아 섬유 확장 (AFEX) 및 organosolv는 널리 연구되고 있습니다. 각은 독특한 생물 자원 구조를 생산하고 마이크로 브로슈어에 의해 제거되거나 tolerated 해야 하는 다른 억제물 (furfural, HMF, acetic acid)를 생성합니다. ionic 액체 및 깊은 eutic 용매 쇼에 있는 최근 진보는 셀룰루로스의 더 많은 선택적 분수를 위해 약속합니다. [Flule], 연구 및 연구에 대한 자세한 내용은 [Flule]를 참조하십시오.

Enzymatic Hydrolysis 최적화

효소 칵테일은 특정 기판 및 전처리 방법에 맞게 맞춤화해야합니다. 높은 고체 로딩 (20-30 % 건조 물질)은 물 사용 및 자본 비용을 줄이고 점성과 대량 전송 제한을 증가시킵니다. 페더럴 익스프레스 배치 추가, 계면 보충제 및 효소 재활용과 같은 전략은 수율을 향상시킬 수 있습니다. 이 산업은 단일 유기체 또는 컨소시엄이 효소를 생산하고, 수율을 감소시키고, 다른 물질을 감소시키기 위해 물질을 분리하는 생물 처리 (CBP)로 이동하고, 물질을 감소시키고, 분리하는 데 도움이 필요합니다.

발효 및 CO-culture 시스템

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Downstream 처리 및 제품 복구

낮은 휘발성 제품의 회복은 수시로 총 생산 비용의 30~50%를 위한 계정입니다. ]에서 situ 제품 제거 (예를들면, 에타놀을 위한 가스 벗기는, butanol를 위한 pervaporation)는 농도를 낮게 지키고 미생물에 독성을 감소시킵니다. 막 여과, 전기dialysis 및 가장된 이동하는 침대 염색은 지속적인, 에너지 효율성 별거를 위해 적응됩니다. Lignin는, 발열성, 자연적으로, 그리고 가장 풍부한 자연적으로, 탄소 섬유로, 점점 더 적이고 및 가장 풍부한 자연적으로, 자연적인 탄소 섬유로, 불균형화합니다.

통합의 이점

통합을위한 주요 경제 드라이버는 ]revenue Diverification입니다. 쉼표 바이오 연료와 함께 고가치 화학 물질을 생산함으로써, 전체 프로세스는 시장 변동에 더 탄력이됩니다. 예를 들어, 에탄올, 호박 산을 제조하는 식물, 그리고 lignin 기반 바인더는 에탄올 가격 하락하더라도 수익성을 유지할 수 있습니다. 환경 이익은 대체 화석, 에너지 소비에 따라 온실 가스 배출량을 감소시킵니다 (최소 생산량).

통합은 원형 생물의 원리를 지원합니다. 광합성 도중 식물에 의해 고쳐지는 대기권에서 탄소는, 제품 (예를들면, 플라스틱, 건축재료)에서 sequestered 또는 붙잡히고 재사용될 수 있는 이산화탄소로 풀어 놓입니다. 과정에서 사용되는 에너지는 시설 에너지 자체 충분한 만드는 잔여 생물 자원에 의해 공급될 수 있습니다.

상업화에 도전과 장벽

약속에도 불구하고 몇 가지 통합 플랫폼은 상업적 규모에 도달했습니다. 기술, 경제 및 물류 장애물은 남아 있습니다.

기술 Hurdles

  • Inhibitor Interference – 전처리 억제 효소 및 미생물에 생성된 화합물. 튼튼한 탈축화 또는 공차 공학은 필요합니다.
  • Mass 및 Energy Balances – 여러 단위의 작업을 병목을 만들 수 있습니다; 예를 들어, 수소의 높은 물 함량은 발효 수율을 감소시킵니다.
  • Microbial Stability – 비멸 조건 하에서 장기 연속 발효는 오염에 머리. 혼합 문화와 강력한 변형 도움, 하지만 프로세스 제어는 수요입니다.

경제력

바이오리핀은 수십억 달러의 매출을 달성하고, 운영비는 Feedstock 가격, 효소 로딩 및 수율에 대한 민감합니다. 정부 보조 및 탄소 크레딧은 균형 향상을 위해 여전히 투쟁하지만, 많은 프로젝트는 여전히 저비용 석유와 경쟁 할 수 있습니다. DOE의 Bioenergy Technologies Office]는 이러한 투자를 돕기 위해 자금 및 기술 분석 제공.

확장하기

파일럿 (1-10 톤 / 일)에서 데모 (50 ~ 200 톤 / 일) 및 상업 규모 (500 + 톤 / 일)으로 이동하여 혼합, 열전달 및 고체 처리에 대한 비공개 문제를 공개합니다. 각 스케일 업 단계는 광범위한 엔지니어링 적응을 필요로하며 종종 몇 년이 걸립니다.

동향 및 혁신

연구는 통합 플랫폼의 전체 잠재력을 잠금 해제 할 수있는 몇 가지 방향에서 가속.

Lignin 발화

Lignin은 종종 열을 태우고 있지만 향기로운 구조는 화학 물질의 보물 가슴입니다. 새로운 촉매 방법은 BTX (벤젠, 툴루엔, 크릴렌), 페놀 및 cyclohexane으로 lignin을 변환 할 수 있습니다. BTX (벤젠, 툴루엔, 크릴렌, 크릴렌), 페놀, 사이클로헥산에 대한 2020 리뷰 강조 표시된 통로는 바이오리핀 (Lignery)보다 훨씬 더 많은 수익을 두 배로 늘릴 수 있습니다.

통합된 Bioprocessing (CBP)

CBP는 효소 생산, 가수분해 및 단일 미생물 또는 컨소시엄을 사용하여 한 단계에 발효를 결합하는 것을 목표로합니다. ] Clostridium thermocellum 자연스럽게이 작업을 수행하지만, 수확량은 낮습니다. 합성 생물학은 엔지니어링 ]Saccharomyces cerevisiae 및 Echersio 세포의 이동 비용을 크게 줄일 수 있습니다.]Elisarsio 세포의 이동 속도는 40% 및 증가로 증가합니다.

전기 바이오 연료

재생 가능한 전기를 가진 마이크로bial 전기탄약은 액체 연료로 intermittent 힘을 저장하는 노선을 제안합니다. 이 접근에서, 미생물은 전자 (극을 통해)를 소모하고 CO2는 아세테이트를 생성하기 위하여, 그 후에 에타놀로 또는 두 번째 유기체에 의해 격상됩니다. 초기 단계, 그것은 생물 처리와 힘에 X 기술의 급진적인 통합을 나타냅니다.

미래 전망과 연구 방향

향후 10 년 동안 최초의 상용 통합 바이오 정제를 볼 수 있을 것입니다 바이오 연료 및 바이오 제품의 혼합. 연구 우선 순위는 다음과 같습니다.

  • 고수량과 티터를 가진 견고한, 억제제 tolerant microbes 개발.
  • Feedstock 소스 근처에 배포할 수있는 모듈 형 모바일 전처리 장치 설계.
  • ]machine Learning를 사용하여 연속 처리 및 실시간 모니터링을 Advancing하십시오.
  • 혼합 플라스틱 폐기물 및 이산화탄소와 같은 대체 피드스톡을 탐험, 바이오 매스를 보충합니다.

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궁극적으로, 이러한 플랫폼의 성공은 우리의 능력에 대한 우리의 능력에 대한 후속적으로 햇빛과 토양에서 소비자 제품에 대한 전체 가치 사슬에 대해 생각하고, 생산적이지 않은 엔지니어 시스템에. 경로는 도전, 하지만 잠재적 보상은 행성 경계와 경제 성장을 재구성하는 폐쇄 루프 생물 자원입니다.