Biolubricant Prodüksiyon Alanı
Dünyadaki Endüstriler, her yıl atık akışlarına giren milyonlarca tonluk petrol bazlı yağdırma, biyolubrikantlara doğru geçiş yapmak için baskı altındadır - yenilenebilir biyolojik kaynaklardan elde edilen biyolojik süreçlere yönelik kritik bir adım oluşturur ve sonlu fosil yakıt rezervlerine bağımlılığı azaltır.
Geleneksel mineral yağları, etkili olsa da, ciddi çevresel riskler ortaya koyar: Önümüzdeki on yıl boyunca biyolojik olmayan, su hayatına toksik ve ekstraksiyonları ve emisyonlara büyük ölçüde katkıda bulunur. Buna karşın, biyolubricants, tekno-ekonomik engellerin üstesinden gelmek için yenilenebilir bir yol sunar -özellikle de, geleneksel yağlar ve tutarlı kalite ile rekabet etmek için uygun maliyetlidir.
Biolubricants'ı tanımlamak: Özellikler ve Avantajlar
Kompiyon ve Kaynaklar
Biyolubrikants, temel yağlardan elde edilen temel yağlardan (örneğin, tecavüze uğramış, soyalı, palmiye ve dökme yağı) formüle edilirler, veya üretilen mikrobiyal yağlar genellikle kimyasal olarak değiştirilmiştir - transistörikasyon, epoxidasyon veya esterleşme gibi - her türlü sıvı ve polipiyonel stabilite, vizyum indeksi ve hidrolik maddeler için özel olarak üretilir.
Anahtar Performans Faydaları Faydaları
Biyolubricants sadece "yeşil" yedekleri değildir; genellikle yüksek sıcaklık ortamlarda çalışmak için daha güvenli hale getirirler. yüksek derecedenlik, ekipman ve daha düşük enerji tüketimi için sadece% 20-40'ı azaltır. Birçok biyolubricants düşük volüme noktalarına sahiptir, yüksek sıcaklık ortamlarında daha güvenli hale getirirler. Ayrıca, bu tür toksik olmayan bir şekilde, çevresel olmayan koşullar altında 28 gün içinde% 90 bozulmaya ve aşınmaya karşı, ancak% 20-40'ı daha fazla getirir.
Çevre ve Ekonomik Sürücüler
Avrupa Birliği'nin Ekolabel ve ABD'nin Çevre Programına Teşvik Edilebilir yağlar kullanımı için tasarım. Ayrıca, petrol bazlı yağlayıcıların büyük ölçüde temizlenme maliyetleri ve sorumluluğu nedeniyle yayılması, biyolojik açıdan daha düşük maliyetli olan maliyetler ve daha düşük maliyetler nedeniyle, biyoyapıcıların biyoyapıcıların maliyetinin 2-3 kat daha yüksek olması bekleniyor.
Biokimya Mühendisliğinin Orta Rolü
Biyokimya mühendisliği, biyoloji, kimya ve mühendislik ilkeleri, biyokimyasal üretimi için ölçeklenebilir ve ekonomik olarak uygulanabilir süreçleri geliştirmek için geçerlidir - biyolubrikants dahil olmak üzere. Bu disiplin, laboratuvar ölçekli keşifleri endüstriyel gerçeklik haline getirmek için gereklidir. Biyoreactor tasarımı ve alt işlemedeki her şeyi kapsar.
Strain Development ve Metabolic Engineering
Mikrobiyal biyolubrikant üretimi temelleri, [Dörtücükler:0)Escherichia coli), dogruba göre oksijenli sıvılar, yüksek çözünürlükte bulunan genetik sistemlere göre, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte veya betonarmelere göre, yüksek çözünürlükte olan mikroplar için yüksek çözünürlükte bulunan bakterilere yol açma imkanı sağlar.
Fermentation Process Optimizasyon
Gazlama koşullarını optimize etmek, maksimum verim ve verimlilikten kaçınmak için önemlidir. Sıcaklık, pH, oksijen, beslenme oranları ve karbon-to-nitrojen oranları dikkatlice kontrol edilmelidir. Fed-batch fermentasyon yaygın olarak substratı önlemek ve yüksek hücre arıları elde etmek için kullanılır. Ek olarak, yenilenebilir yemlemelerin kullanımı - biyodizel üretimden ham glyal üretimden elde etmek gibi, lignocellulosic Hidrolyssiyonlar veya tarım kalıntıları - yüksek miktarda ham malzeme maliyetleri ve sürdürülebilirlik sağlar.
Scalability and Bioreactor Design
Pilot ölçekli ve endüstriyel ölçekli biyoreactors, kütle transferi, ısı transferi ve karıştırmak için önemli zorluklar sunuyor. Biyokimyasal mühendisler, başarılı ölçeklendirme sistemleri için gerekli olan biyoreactors tasarlar ve özellikle yüksek çözünürlükte kültürler için. Yüksek yoğunluklu biyoreactors, inşaat, kurtarma süresi ve gerçek zamanlı izleme sistemleri en aza indirmek için daha fazla kullanılır.
Mikrobial Prodüksiyonu Biolubricants için Yollar
Tek-Cell Yağları (SCOs)
Oleaginous mikroorganizmalar kuru hücre ağırlıklarının% 70'ini aşabilir.Bu tek hücreli yağlar triacylglyrollarda zengindir, ki bu biyolubrikantlara kimyasal olarak değiştirilmiştir.Yarrowia lipolit[0)Yarrowia lipolit,00 $ 1.,00 $:2).Rhodosporidium toruitler) ve sentetik yağlar ile zenginleştirilmiş yağlar, yüksek asitler ve yüksek asitler gibi yüksek asitler ile iyileştirici olarak üretilir.
Doğrudan Enzymatik ve Fermentative Synthesis of Esters
Basit lipid birikiminin ötesinde, mühendislere bağlı mikroplar, doğrudan yağ asitleri olarak işlev gösteren karmaşık ester molekülleri sentezlemek için programlanabilirler. Örneğin, bazı bakteriler doğal olarak kimyasal modifikasyonlar üretirler, bu "bir adım" yaklaşımını mükemmel yağ tesisatı özellikleri ile basitleştirir ve sermaye maliyetlerini azaltır. Son çalışmalar, jojoba yağı analoglarının ve diğer yüksek değerli esterlerin üretimini göstermiştir.
Hücre-Free Biocatiyal
Tüm hücreli fermentasyona alternatif, alkol veya poliols ile proteinsiz biyokatalizdir, ki bu yaklaşım, hücrelerin içinde ürün tedarik etmek için kullanılan toksisite sorunlarıdır ve daha yüksek substrat konsantrasyonu sağlar.
Sürdürülebilir Biyolubrikant İmalat için Beslenme
Konvansiyonel Sebze Yağları
Rapeseed, soya, sunflower ve palmiye yağı bugün zengin incirler yetiştiriyor, ancak kullanımları gıda üretimi ile ilgili endişeler ortaya çıkıyor.Tabilyaslı yağlar önemli ölçüde yağların özelliklerini etkiler: yüksek hacimli yağlar bugün zengin incir yağı gibi (örneğin, crambe yağı gibi) gelişmiş lubricity sağlar.
Atık-Derived ve Second-Generation Feedstocks
Gıda-versus-yakı tartışmalarından kaçınmak için, dikkat, pirinç branşları gibi atık-derived feedstocks'a doğru değişti.Sürekli yemleme yağı, hayvan uzun, ve ham glycerol (daha sonra mikrobiy üretimine ürün tarafından dönüştürülür) kullanılabilir ve düşük maliyetli su kaynakları sadece pirinç ve alkoller ve alkoller gibi tarımsal kalıntıları da artırabilir.
ÜçüncüGeneration Feedstocks: Algae ve CO2
Mikroalgae gelecek nesil bir yemlemeyi temsil ediyor çünkü verimsiz arazilerde büyüyebilirler, salin veya atıksu kullanırlar ve CO2'yi endüstriyel emisyonlardan elde edebilir ve biyoyabrıs ürünlerle işlenebilirler - ancak, algal biyokütle ve petrol ekstraksiyon teknolojileri nedeniyle biyokimyasal mühendislik yenilikleri elde etmek için gerekli olan maliyeti yüksektir.
Downstream Processing and Purification
Gaztasyon veya enzymatik sentezden sonra, biyolubrikant ürün fermentasyon genelinden, hücrelerden ve ürünlerinden ayrı olmalıdır.Deks işleme genellikle üretim maliyetlerinin çoğu için hesaplar yapar, mühendislik optimizasyonu için bir asal hedef haline gelir.
Hücre ve Yağ Ekstraksiyonu
Mikrobial hücreler genellikle sentrifugasyon veya mikrofilt tarafından hasat edilir. intracellular lipid birikimi için, lipitler organik çözücüler kullanılarak elde edilmelidir (örneğin hexane veya ethyl acetate gibi), mekanik kesinti (örneğin, yüksek basınçlı homojenizasyon), veya süperktik CO2. Spiral ekstraksiyon yöntemleri, en aza indirmek için, ürünlerin sürekli olarak kaldırıldı.
Purification and Chemical Modification
Kaba ürün genellikle ücretsiz yağ asitleri, kısmi glyceritler ve örneğin, til esterler üretmek için çıkarılması gereken diğer boşluklar veya oksidatif stabiliteyi geliştirmek için bu kimyasal adımlar genel işleme entegre edilebilir ve lipazlar kullanarak birçok biyolojik alternatifleri güçlendirmek için kimyasal modifikasyon gerektirir - örneğin, yeşil kimya ilkeleri ile uyumlu hale getirmek için transesterification.
Kalite Kontrol ve Standartlaştırma
Biyolubricants ISO 15380 (hipdraulik sıvılar) veya ASTM D7467 (biyodiesel karışımlar) Viskozite, dökme noktası, flaş noktası ve oxidasyon stabilitesi, kritik parametreler arasında ölçülmelidir. Biokimya mühendisleri bu konuda tutarlı ürün kalitesini sağlamak için doğru test yöntemleri geliştirirler.
Mevcut Uygulamalar ve Piyasa Kabul
Biyolubricants zaten birçok niş uygulamada çevresel yararlarının maliyet primi olduğunu buldular. Toplam kayıp yağları - biyo bazlı esterler yağları, kalıp salıverme yağları ve tarımsal spreyler - ideal adaylar çünkü doğrudan çevrede serbest bırakılırlar.Demiryolu sıvıları inşaat ekipmanları, orman makineleri ve deniz gemileri daha geniş bir büyüme faktörü olarak temsil eder.
Çeşitli çok uluslu şirketler, Fuchs, TotalEnergies ve Panolin dahil olmak üzere ticari biyolubrikant ürün hatları başlattılar. Bu ürünler genellikle Avrupa Ekolabel, Blue Angel veya USDA sertifikalı Biyo bazlı ürün etiketi gibi pazarlanıyor.
Meydan okumalar Alana Karşı
Ekonomik Viability
En önemli engel maliyettir. Mikrobiyal sistemlerden gelen biyolubriklerin üretimi, petrol bazlı yağlayıcılarınkinden daha yüksek kalmaktadır. Faktörler, verim sağlayan düşük ürün verimleri, enerji yoğun biyoreactor altyapısının maliyeti ve biyokimyasal mühendisler bunu sualtınlaştırmaya yönelik olarak güçlendirmektedir.
Oxidative Stability
Birçok sebze yağı bazlı biyolubrikants fakir oxidatif istikrara maruz kalıyor, yani yüksek sıcaklıklara ve oksijene maruz kaldıklarında hızla küçülüyorlar. Bu, erkansın oluşumuna ve hizmet yaşamına zarar veriyor. Kimyasal modifikasyon gibi - epoxidasyon, toksik olmayan alkollerle donatma - bunun yanı sıra, ancak maliyet ve karmaşıklığı azaltabiliyor. Metabolik mühendisliği, erkansiyonel stabilitesi ile zenginleştirerek doğal olarak yüksek oksidatif stabilite üretebilir.
Low-Temperature Performans
Bazı biyokbricants kötü soğuk akış özelliklerine sahiptir; sentetik temel stoklarla katılaşabilir veya çok vibüs olabilirler, kışın kullanımlarını sınırlar. Yüksek seviyeli nokta jenültü yağları azaltmak veya dalmış-zincir yağ asitleri üretmek için genetik modifikasyon başka bir pratik stratejidir.
Düzenleme
Hassas ortamlarda kullanılmak üzere tasarlanmış biyolibrikler, daha hızlı onaylar için sıkı biyodegrad edilebilirlik ve toksisite gereksinimleri karşılamalıdır.Süresel ürünler için OECD 301 testi gibi - piyasayı hızlandırabilir ve pahalıya kadar hızlandırılabilir. Araştırma, kapsamlı çevresel etki verilerinin daha hızlı onaylar yapması gerekir.
Future rotası ve Gelişen Yenilikler
S Sentetik Biyolojik Biyoloji ile Hassasiyet Fermentation
Sentetik biyoloji araçları hızla maturing, kontrol noktası ve Econic’in tasarımının, tam olarak tanımlanmış moleküler yapılarla biyolubrikantların üretilmesine olanak sağlar. CRISPR tabanlı genom düzenleme, yüksek kod tarama ve yol optimizasyonu için makine öğrenimi hızlanır.
Bütünleşik Biyorefineries
Biyorefinery kavramı - biyokütleler, biyolübrikler, yakıtlar ve kimyasallar dahil olmak üzere birden çok ürün akışına bölünmüşlerdir. Biyokimyasal mühendisler yüksek değerli ürünler üreten süreçleri tasarlar (örneğin, karbonhidrat-3 yağ asitleri veya proteinler) ve böylece üretim maliyetlerini azaltır. Lignocellulosic biorefineries that dönüşümlüs, lignin ve petrol-zenfek mikrobik biyokütleler, ligin, özellikle de çekici bir model.
Biyolubricant Synthesis için Enzyme Engineering
Bu tasarım ve rasyonel tasarım, gelişmiş aktivite, istikrar ve substrat spesifikiteyi yerine getirmek için dudakases ve esterazlar elde ediyor.Bu mühendis enzimler yüksek seçicilik ile hafif koşullar altında reaksiyonları katlayabilir, enerji tüketimini azaltır ve toksik katalizörler için ihtiyaç ortadan kaldırır. Sürekli olarak gelişen enzim reaktörleri sürekli olarak ortadan kaldırır, yeşil üretim ilkeleriyle uyum sağlar.
Yaşam Döngüsü Değerlendirme ve Geometriklik
Alan olgun olarak, kapsamlı yaşam döngüsü değerlendirmeleri (LCAs), biyolojik olarakvücuların gerçek çevresel faydalarını ölçmek için gereklidir. LCAs help identify locationss in the production chain and guide optimizasyon çabaları. Hedef, atık akışlarının yaşam döngüsü sonunda çevreye güvenle dönüştürüldüğü gerçekten dairesel bir biyoekonomiye doğru hareket etmektir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Biyokimya mühendisliği, biyolibrikantların sürdürülebilir üretimini sürüyor. metabolik mühendisliği bütünleştirerek, fermentasyon optimizasyonu, biyoreactor tasarımı ve alt kodlama işleme, bu alan yenilenebilir biyomütleleri petrol-derived meslektaşları ile rekabet edebilecek değerli ürünlere dönüştürüyor. Daha da cazip bir şekilde, sürdürülebilirlik için taahhüt edilen endüstriler için daha hırslı bir seçenek haline geliyor.
Biyoavarların ve Bioproducts) Gelişmekte olan arazi üzerinde daha fazla okuma için, El Sahara'dan [Döneticiden) biyolubrikant seçimine dair [FONT:3) bakınız.TheFLT:4ISOT 5, 5380 sıvı için standart [Dönetici özellikleri ve Bioproducts[Döneticileri için bir kriter sunar[Döneticileri için standarttır.