新的处理工艺可以提高生物精炼厂的可持续性

发布时间：2023-03-25 18:50:58 栏目：生活

导读 将植物转化为燃料的生物精炼厂的废水充满了有机材料，这些物质无法用传统废水系统有效处理，因此管理成本高昂且能源密集。然而，这些丰富的

将植物转化为燃料的生物精炼厂的废水充满了有机材料，这些物质无法用传统废水系统有效处理，因此管理成本高昂且能源密集。



然而，这些丰富的有机材料是一种尚未开发的化学能源，可以作为有价值的产品回收，包括沼气，一种清洁燃烧的可再生燃料。

能源部高级生物能源和生物产品创新中心(CABBI)的研究人员进行的一项研究发现，从废水中回收资源可以显着改善第二代生物精炼厂的经济和环境可持续性，支持向可持续的植物基生物燃料和生物制品行业过渡。

CABBI团队设计了一种工艺，可以同时处理废水并回收沼气能，从而为生物精炼厂带来收入，同时与传统处理系统相比，降低了成本和温室气体排放。

这项工作发表在ACS可持续化学与工程上，联合了来自所有三个CABBI主题的研究人员 - 原料生产，转换和可持续性 - 他们正在开发燃料和化学产品的植物性石油替代品。

通过“植物即工厂”模式，他们的目标是直接在植物的叶子和茎中生产生物燃料、生物化学品和基础分子;开发独特的工具、酵母和加工方法，将其转化为高价值的生物制品，如生物柴油、有机酸、润滑剂和醇类;并评估CABBI原料，生物燃料和生物产品的经济和生态可持续性，从田间到生物精炼厂再到生物经济。

废水研究由诺伊大学厄巴纳-香槟分校的两名CABBI可持续发展研究人员领导：土木与环境工程(CEE)副教授杰里米·格斯特;以及可持续发展、能源与环境研究所(iSEE)的研究科学家李亚林。

CABBI的共同作者包括诺伊州转换研究员，科学技术副主任和农业与生物工程(ABE)教授Vijay Singh;和原料生产研究员弗雷迪·阿尔特彼得，佛罗里达大学食品与农业科学研究所农学教授。

处理芒草、玉米秸秆或其他非食品原料的第二代生物精炼厂有可能生产生物燃料和生物制品，其对环境的影响比使用玉米和其他食用作物的化石燃料或第一代生物精炼厂低得多。但这些第二代生物精炼厂仍然面临财务障碍，阻碍了它们在现实世界中的成功部署。

如果管理不当，生物精炼厂可能需要大量的水，并产生大量的废水。根据之前的CABBI研究，为了从植物生物质中生产燃料和有价值的生物化学品，生物精炼厂每生产一升生物燃料可以使用多达10升水。由此产生的废水含有高浓度的有机物质(糖、残留发酵产物、工艺副产品或其他化学品)，因此难以再利用。

但这些先前的分析通常基于传统的低速率废水处理技术，这些技术昂贵，能源密集，并且需要巨大的物理足迹 - 根据工厂的规模，可能相当于30个足球场或更多。低速率常规处理系统使用大型好氧反应器，这些反应器消耗大量电力进行曝气，并将废水中的有机物质转化为二氧化碳，而不会产生有价值的产品。

CABBI团队设计了一种以厌氧为主的高速率废水处理，在很大程度上消除了曝气，节省了电力，而是采用了新兴技术，包括内部循环和厌氧膜生物反应器，以回收有机材料中嵌入的能量作为沼气。

在他们的设计中，他们使用了Altpeter集团为CABBI的燃料原料项目加工甘蔗和油蔗产生的废水的实验数据。该过程提取植物的油，然后通过酵母发酵从植物糖中生成乙醇。辛格小组在提取乙醇后提供了废发酵液，智利天主教大学的合作者确定了从实际样品中可以产生多少甲烷。

然后，研究人员使用他们的开源软件BioSTEAM模拟了将新的废水处理工艺集成到七个生物精炼厂设计中，涵盖了广泛的原料和生物燃料/生物产品。通过BioSTEAM启用的技术经济分析和生命周期评估(TEA-LCA)，他们发现新工艺可以大大降低生物精炼厂的资本成本和能源使用，提高其财务可行性并减少对环境的影响。

该工艺可以有效地将生物炼油厂废水中的有机污染物转化为沼气，同时实现能源回收和废水处理。与传统处理系统相比，它将减少能源消耗、运营成本和温室气体排放。

“通过适当的管理流程，废水可以成为生物精炼厂的潜在收入来源，同时改善生物燃料和生物产品的环境可持续性，”李说。

本研究中设计的废水处理工艺可以大大提高第二代生物精炼厂的财务可行性，同时减少其对环境的影响，从而有助于社会向循环生物经济过渡 - 以及CABBI的使命，即支持可行，可持续的国内生物燃料和生物制品行业使用植物生物质。