Entegre biyoenerji ve biyoproducts platformları, yakıtlar, kimyasal maddeler ve yenilenebilir biyokütle ürünleri üretmek için dönüştürücü bir yaklaşım temsil eder. Birden fazla biyolojik ve kimyasal dönüşüm adımlarını tek bir süreç zinciri içinde birleştirerek, bu platformlar karbon verimliliğini en aza indirmek, en aza indirmek ve genel olarak biyorefining ekonomisi geliştirmek. Küresel talep olarak, sürdürülebilir alternatifler geliştirmek, tasarım, operasyon ve bu entegre sistemlerin optimizasyonu araştırmacılar, endüstri uzmanları ve politika yapıcılar için gerekli hale gelir.

Entegre Biyoenerji ve Biyoproducts Platformları Nedir?

Entegre bir biyoenerji ve biyoproducts platformu, birkaç dönüşüm teknolojisini birleştiren bir işlem sistemidir - mikrobiyal fermentasyon, enzymatik Hidrolysis ve termokimyasal yükseltme - biyokütmelerin bir portföye dönüştürülmesine yol açar.Tek bir çıkış yerine (örneğin, etanol), entegre bir platform birden çok akış yaratır: biyoyakıt, biyoplastik, biyokimyasal, hayvan besleme ve hatta güç. Bu yaklaşım aynalar, ham petrol rafinerisinin yapısını onlarca değerli ürüne dönüştürür.

Core Process Chain

Tipik bütünleşik platform bir adım serisi takip eder:

  • [FONT:0]Biomas Supply and Use – Korr, şekerkane çantaları, ahşap kalıntıları, algler ve organik belediye kaybı toplanıyor, boyutlandırılmıştır.
  • [Dönerge:0)Ölçeğin tedavisi[[DÜT:1) – Fiziksel, kimyasal veya biyolojik yöntemler lignocellusic matrisi bozar, hücreli ve hemicellulose enzimlere erişilebilir hale getirir.
  • [FONT=0)Enzymatik Hidrolysis[DÜT:1) - Hücreler ve hemicellulalar, polisaccharidesleri vahşi şekerlere (glucose, xylose, arabinose).
  • [FONTNT:0]Fermentation[[Dönetici: Mikroorganizm (evet, bakteriler, mantarlar) şekerleri hedef ürünlere dönüştürür: etanol, laktik asit, sukonik asit veya polihidrojenler (PHPA)
  • [0]Ürün Kurtarma ve Purification – Dezenleme, membran ayrılması, kristalizasyon veya kromatografi istenen bileşikleri izole eder.
  • [FONT:0]Residue Valorization) – Lignin, hala ısı ve güç nesli için kullanılıyor veya aromatik kimyasallara, karbon fibere veya biyo bazlı yapıştırıcılara yükseltiliyor.

Çeşitlilik Çeşitliliği

Entegre platformların önemli bir avantajı, geniş bir yemleme işlemi yapabilme yeteneğidir, genellikle aynı tesiste. Lignocellulosic biomass (agricultural kalıntıları, enerji ürünleri, orman incelikleri) en pahalı ve en azından pahalı. Algae ve cyanobacteria, biyolojik ve sıvı atıklar için yüksek büyüme oranları ve içerik sunar.

Süreçlerin Arkasındaki Bilim

İntegra sadece bir birim operasyonları meselesi değildir; reaksiyon koşullarını, akış oranları ve orta toleransları dikkatli bir şekilde eşleştirme gerektirir. Ön tedavideki bir değişiklik enzim performansını etkiler; fermentasyondan gelen ürünler alt üst düzey optimizasyona ve prosese bağlı olarak uygulanabilir.

Preted Technologies

Preted en kritik ve sermaye yoğun adımlardan biri olmaya devam ediyor. Dilute asit, buhar patlaması, amonyak fiber genişleme (AFEX), ve organosolv yaygın olarak incelenir.Her biri hücreli yapı ve farklı inhibitörler (furt, HMF, acetic asit) üretir ve mikroplar tarafından kaldırılmalıdır.

Enzymatik Hidrolysis Optimizasyonu

Enzyme kokteylleri belirli substratlara ve tedavi yöntemine uygun olmalıdır. Yüksek sağlam yükleme (20-% 30 kuru madde) su kullanımını ve sermaye maliyetlerini azaltır, ancak vizolojileri ve toplu transfer sınırlamalarını artırır ve ayrıca, sörfçü takviyeler ve enzim geri dönüşümleri gibi maliyetleri ortadan kaldırır.

Fermentation and Co-cultural Systems

Geleneksel fermentasyon saf kültürler kullanır, ancak bütünleşik platformlar genellikle kültürlerden veya mikrobiyomsal bir kontrasepüllerden yararlanır ve çeşitli ürünler üretir. Örneğin, bir maya mühendisi, xylosenlerin yanı sıra olojen verimlerini artırmak için kullanılır[Dönemli olarak hücreli) ve biyotipik kimya mühendisliğin ve biyolojinin çeşitliliği doğrudan hücre mühendisliğine dönüşür.

Downstream Processing and Product Recovery

Düşük çözünürlük ürünlerinin çoğu zaman toplam üretim maliyetlerinin% 30-50'si için hesaplar.Introfikasyonlar:0) situ ürün geri yüklemesi) (e.g., gaz şeritleme, erkanol için), konvaporasyon düşük ve toksisitesi mikroplara kadar azalır ve yatak kromatografisi ve sürekli olarak, enerji verimliliğine adapte edilir. Lignin, en bol aromatik polimer için gaz şeritleme, pervaporasyon, piroliz, hidrojen, hidrojen veya rezofize edilir.

Bütünleşme Faydaları

İntegral için birincil ekonomik sürücü:0)Köpektif olarak çeşitlendirme[Dönetici:0))))) Yüksek değerli kimyasallar üretmekte, ürün dalgalanmalarına kıyasla genel işlem daha dirençli hale gelir (örneğin, tanol, suknik asit üreten ve bir ligin bazlı binder, maküla fiyatlarını düşürse bile kârlı kalabilir.

Bütünleşme ayrıca, havadan gelen bir dairesel biyoekonominin ilkelerini de destekler, fotosentez sırasında bitkiler tarafından sabitlenir, ürünlerde (örneğin, plastikler, bina malzemeleri) veya CO2 olarak serbest bırakılır ve kullanılabilir.

Ticarileştirme ve Engeller

Söze rağmen, birkaç entegre platform ticari ölçeklere ulaştı. Teknik, ekonomik ve lojistik engeller kalır.

Teknik Hurdles

  • [FONT=0]Inhibitor Interference[[DÜT:1) – Tedavi öncesi enzimler ve mikroplar sırasında üretilen bileşikler. Robust detoxification veya tolerans mühendisliği gereklidir.
  • [FONT=0]Mas ve Enerji Dengeleri[Dönler: 1 ) – Birden fazla birim operasyon şişe şişeleri oluşturabilir; örneğin, hidrolizdeki yüksek su içeriği ferment verimlerini azaltır.
  • [FONT=0)Mikrobial Stability) – Kolektil olmayan koşullar altında uzun süreli sürekli fermentasyon kirlenmeye eğilimlidir. Karma kültürler ve sağlam sular yardım eder, ancak süreç kontrolü talep edilmektedir.

Ekonomik Viability

Biyorefinery için sermaye maliyetleri önemlidir - yüzlerce milyon dolar - ve işletme maliyetleri, enzim yüklemesi ve verim için hassastır. Hükümet sübvansiyonları ve karbon kredileri dengeyi artırabilir, ancak birçok proje hala düşük maliyetli petrolle rekabet etmek için mücadele eder. ”

Scaling Up

Pilottan (1-10 ton / gün) performans göstermek için (200 ton / gün) ve ticari ölçek (500+ ton / gün) değişmez olarak karıştırılması, ısı transferi ve katılar işlemedeki zorluklar ortaya çıkar.

Trendler ve Yenilikler

Araştırma, entegre platformların tam potansiyelini ortaya çıkarabilir birkaç yöne hızlanıyor.

Lignin Valorization

Lignin sık sık ısı için yakılır, ancak aromatik yapısı kimyasallar için bir hazine göğüsdür. Yeni kedialitik yöntemler ligin BTX'ye (benzene, xylene), ol ve cyclohexane.TELFLT:0A 2020 Biyoteknolojide Bir İnceleme) Bir biyorefineryden gelirin iki katına çıkarılabileceğini vurgulamıştır.

Consolidated Bioprocessing (CBP)

CBP, enzim üretimini, hidrolysis ve tek bir mikroorganizm veya konsorsiyum kullanarak bir adım atmayı amaçlamaktadır.Clostridium termocellum) doğal olarak hücrelileri ve oligarşileri ifade etmek için kullanılan miktarlar ve taşımalar %2'dir.Saccharomyces cerevizizie ve 03. ve 03:0)Escherichia coli

Elektro-biyo yakıtları

Yenilenebilir elektrik ile mikrobik elektrokataliz, sıvı yakıtlar olarak geçici bir güç depolamak için bir rota sunuyor.Bu yaklaşımda mikroorganizmalar elektronları (deksiklerle) ve CO2'yi ikinci bir organizma tarafından etanol veya butanol üretmek için kullanır.

Future Outlook ve Araştırma Yolu

Önümüzdeki on yıl muhtemelen biyoyakıtların ve biyoürünlerin bir karışımını üreten ilk ticari bütünleşik biyorefineries göreceksiniz. Araştırma öncelikleri şunları içerir:

  • Yüksek verim ve titer ile sağlam, inhibitörlü mikroplar geliştirmek.
  • modüler, yemstock kaynaklarına yakın olarak dağıtılabilecek mobil pretedasyon birimleri tasarlayın.
  • Sürekli işleme ve gerçek zamanlı izleme, doğrulayıcı bir kontrol için öğrenme[Dönetici).
  • Karmaşık plastik atık ve karbon dioksit gibi alternatif yemlemeleri, biyokütleleri tamamlamak için.

Disiplinler arası işbirliği - mühendislik için moleküler biyolojiden - temel olarak. Kamu-özel ortaklıklar, örneğin GENELD:0)Joint BioEnergy Institute (JBEI)))[Uygun araştırmaların teknoloji hazırlığını hızlandırdığını gösteriyor.De politikalar iyi dekarbonizasyon ve enerji güvenliği, bütünleşik biyoenerji ve biyoproducts platformları sürdürülebilir bir gelecekte merkezi bir rol oynamaya konumlandırılıyor.

Sonuçta, bu platformların başarısı, tüm değer zinciri hakkında tam olarak düşünme yeteneğimize bağlıdır - güneş ışığı ve topraktan sadece üretken değil, ancak yol zor, ancak potansiyel ödül, gezegen sınırları ile ekonomik büyümeyi uzlaştıran bir biyoekonoomidir.