Ścieki z biorafinerii, które przetwarzają rośliny na paliwo, są pełne materii organicznej, której nie można skutecznie oczyścić przy użyciu konwencjonalnych systemów kanalizacyjnych, co sprawia, że zarządzanie nimi jest drogie i energochłonne.
Jednak ten bogaty materiał organiczny jest niewykorzystanym źródłem energii chemicznej, którą można odzyskać jako cenne produkty, w tym biogaz, odnawialne paliwo o czystym spalaniu.
Badanie przeprowadzone przez naukowców z Centrum Zaawansowanej Bioenergii i Innowacji Bioproduktów (CABBI) Departamentu Energii wykazało, że odzyskiwanie zasobów ze ścieków może znacząco poprawić zrównoważenie ekonomiczne i środowiskowe biorafinerii drugiej generacji, wspierając przejście na zrównoważone biopaliwa pochodzenia roślinnego . i przemysłu bioproduktów. Zespół CABBI zaprojektował proces oczyszczania ścieków i odzyskiwania energii z biogazu, który może generować dochody dla biorafinerii – przy jednoczesnym obniżeniu kosztów i emisji gazów cieplarnianych w porównaniu z konwencjonalnymi systemami oczyszczania.
Praca, opublikowana w ACS Sustainable Chemistry and Engineering, zjednoczyła naukowców ze wszystkich trzech tematów CABBI – produkcji surowców, konwersji i zrównoważonego rozwoju – którzy opracowują oparte na roślinach alternatywy dla ropy naftowej dla paliw i produktów chemicznych. Dzięki modelowi „rośliny jako fabryki” mają na celu produkcję biopaliw, substancji biochemicznych i cząsteczek podstawowych bezpośrednio w liściach i łodygach roślin; Opracuj unikalne narzędzia, drożdże i metody przetwarzania, aby przekształcić je w bioprodukty o wysokiej wartości, takie jak biodiesel, kwasy organiczne, smary i alkohole; oraz ocena ekonomicznego i środowiskowego zrównoważenia surowców CABBI, biopaliw i bioproduktów, od pól do biorafinerii po biogospodarkę.
Badanie ścieków było prowadzone przez dwóch badaczy zrównoważonego rozwoju CABBI z University of Illinois w Urbana-Champaign: Jeremy Guest, adiunkt inżynierii lądowej i środowiskowej (CEE); oraz naukowiec Yalin Lee z Instytutu Zrównoważonego Rozwoju, Energii i Środowiska (iSEE). Wśród autorów CABBI znalazł się Vijay Singh, badacz konwersji, zastępca dyrektora ds. nauki i technologii oraz profesor inżynierii rolniczej i biologicznej (ABE) w Illinois. oraz badacz produkcji surowców Fredy Altpeter, profesor inżynierii rolniczej w Instytucie Nauk o Żywności i Rolnictwie Uniwersytetu Florydy.
Chcesz więcej najświeższych wiadomości?
udział w sieci technologiczneThe Daily Newsletter, który codziennie dostarcza najświeższe wiadomości naukowe bezpośrednio do Twojej skrzynki odbiorczej.
Biorafinerie drugiej generacji, które przetwarzają faiza, słomę kukurydzianą lub inne surowce niespożywcze, mają potencjał do produkcji biopaliw i bioproduktów o znacznie mniejszym wpływie na środowisko niż te wytwarzane przez paliwa kopalne lub biorafinerie pierwszej generacji, które wykorzystują kukurydzę i inne opłacalne uprawy jeść. Ale te biorafinerie drugiej generacji wciąż napotykają przeszkody finansowe, które uniemożliwiają ich pomyślne wdrożenie w prawdziwym świecie.
Jeśli nie są odpowiednio zarządzane, biorafinerie mogą wymagać wygórowanych ilości wody i generować duży strumień ścieków. Do produkcji paliw i cennych substancji biochemicznych z biomasy roślinnej biorafinerie mogą zużywać do 10 litrów wody na każdy litr wyprodukowanego biopaliwa, na podstawie wcześniejszych badań CABBI. Powstałe ścieki zawierają wysokie stężenie materii organicznej — cukrów, pozostałości produktów fermentacji, produktów ubocznych procesu lub innych chemikaliów — co utrudnia ich ponowne wykorzystanie.
Ale te wcześniejsze analizy często opierają się na tanich konwencjonalnych technologiach oczyszczania ścieków, które są drogie, zużywają znaczne ilości energii i wymagają ogromnej powierzchni fizycznej, która w zależności od wielkości oczyszczalni może odpowiadać powierzchni 30 boisk piłkarskich lub więcej . . Konwencjonalne, niedrogie systemy oczyszczania wykorzystują duże reaktory tlenowe, które zużywają duże ilości energii elektrycznej do napowietrzania i przekształcają materię organiczną ze ścieków w dwutlenek węgla bez wytwarzania cennych produktów.
Zespół CABBI zaprojektował szybki beztlenowy proces oczyszczania ścieków, który w znacznym stopniu eliminuje napowietrzanie, oszczędza energię elektryczną, a zamiast tego zastosował nowe technologie, w tym bioreaktory z wewnętrznym obiegiem i beztlenowe bioreaktory membranowe, aby odzyskać energię zawartą w materii organicznej w postaci biogazu. Do swojego projektu wykorzystali dane eksperymentalne ze ścieków z przetwarzania trzciny cukrowej i trzciny olejowej uprawianej przez grupę Altpeter w projekcie CABBI Feedstocks-to-Fuels Project. Proces polega na ekstrakcji olejów roślinnych, a następnie wytwarzaniu etanolu z cukrów roślinnych poprzez fermentację drożdży. Grupa Singha dostarczyła zużyty bulion fermentacyjny po ekstrakcji etanolu, a współpracownicy z Pontificia Universidad Católica de Chile określili ilość metanu, którą można wyprodukować z rzeczywistych próbek.
Korzystając z otwartego oprogramowania BioSTEAM, naukowcy przeprowadzili następnie symulację integracji nowego procesu oczyszczania ścieków w siedmiu projektach biorafinerii, obejmujących szeroką gamę surowców i biopaliw/bioproduktów. Poprzez techniczną analizę ekonomiczną i ocenę cyklu życia (TEA-LCA) umożliwioną przez BioSTEAM, odkryli, że nowy proces może znacznie obniżyć koszty kapitałowe i zużycie energii przez biorafinerie, poprawić ich rentowność finansową i zmniejszyć ich wpływ na środowisko.
Proces może skutecznie przekształcać zanieczyszczenia organiczne w ściekach biorafinacyjnych w biogaz i realizować jednoczesne odzyskiwanie energii i oczyszczanie ścieków. Zmniejszy zużycie energii, koszty operacyjne i emisje gazów cieplarnianych w porównaniu z konwencjonalnymi systemami oczyszczania.
„Dzięki odpowiednim procesom zarządzania ścieki mogą być potencjalnym źródłem dochodów dla biorafinerii, jednocześnie poprawiając zrównoważenie środowiskowe biopaliw i bioproduktów” – powiedział Lee.
Proces oczyszczania ścieków zaprojektowany w tym badaniu może znacznie poprawić rentowność finansową biorafinerii drugiej generacji, jednocześnie zmniejszając ich wpływ na środowisko, przyczyniając się w ten sposób do przejścia społeczeństwa na biogospodarkę o obiegu zamkniętym – oraz misję CABBI polegającą na wspieraniu rentownego i zrównoważonego lokalnego przemysłu biopaliw i bioproduktów wykorzystującego rośliny biomasa.
odniesienie: Li Y, Kontos GA, Cabrera DV i in. Projekt procesu wysokosprawnego oczyszczania ścieków w celu odzysku energii i wody w biorafinerii. ACS Sustainable Chemistry inż. 2023; 11 (9): 3861-3872. doi:10.1021/acssuschemeng.2c07139
Ten artykuł został ponownie opublikowany z następującego Materiał. Uwaga: artykuł mógł zostać zredagowany pod względem długości i treści. Aby uzyskać więcej informacji, skontaktuj się ze wspomnianym zasobem.
„Odkrywca. Entuzjasta muzyki. Fan kawy. Specjalista od sieci. Miłośnik zombie.”
More Stories
Nowy raport WHO pokazuje, jak miasta przyczyniają się do postępu w zapobieganiu chorobom niezakaźnym i urazom
Naukowcy identyfikują „najlepszy punkt” bezpiecznej operacji po zawale serca
Badanie wykazało, że 20% dzieci chorych na zapalenie płuc nie otrzymuje antybiotyków