Energiją taupantis etanolis

Kukurūzų etanolio gamyba yra daug energijos reikalaujantis procesas, kuriam auginti ir nuimti kukurūzų derlių bei maitinti gamyklą reikia iškastinio kuro. Kad procesas būtų efektyvesnis, Vašingtono universiteto mokslininkai siūlo pasiskolinti alaus daryklose ir nuotekų valymo įrenginiuose naudojamą procesą: deguonies neturinčius bakterijų bakus, kurie natūraliai minta organinėmis atliekomis, susidarančiomis fermentacijos proceso metu.

Kai bakterijos skaido atliekas, jos išskiria metaną, kuris gali būti nukreiptas atgal per sistemą, kad būtų galima aprūpinti elektrinę. Procesui vykdyti reikia mažai papildomos energijos, o gaminant energiją galima dar labiau sumažinti energijos sąnaudas. Chemijos inžinerijos profesorius Largusas Angenentas ir jo komanda iš Vašingtono universiteto išbandė etanolio gamyklų atliekų anaerobinį skaidymą ir nustatė, kad šis procesas gali sumažinti etanolio gamyklos gamtinių dujų naudojimą 50 procentų. Komanda paskelbė rezultatus naujausiame žurnalo numeryje Aplinkos mokslas ir technologijos .

Angenentas teigia, kad šis procesas būtų trumpalaikis sprendimas, kol efektyvesnis biokuras, pavyzdžiui, celiuliozės etanolis, taps komerciškai perspektyvus. Užuot turėję vilties naujoms technologijoms, kurios išsipildys po 10 ar 20 metų, mums reikia technologijos, kurią galėtume įdiegti dabar, sako Angenentas , kuris neseniai tapo Kornelio universiteto biologijos ir aplinkos inžinerijos docentu. Tai yra tarpinis procesas ir jis jau nebepasiekiamas.

Beveik visi etanolio biodegalai Jungtinėse Valstijose gaminami iš kukurūzų. Paprastai gaminant etanolį susidaro organinės atliekos, kurios vėliau sujungiamos į dvi dalis: sausą, pyragą primenančią medžiagą ir sirupo pavidalo tirpalą, vadinamą plonu gniužuliniu sluoksniu, kuris sluoksniuojasi ant viršaus. Nuoviras naudojamas kaip gyvulių pašaras. Angenentas teigia, kad didelė šio pašaro dalis, ypač plonas nuosėdas, pripildytas druskų, suteikia mažą maistinę vertę, tačiau gali turėti didelį energijos potencialą augalui aprūpinti, kai jis suskaidomas anaerobinio virškinimo būdu.

Norėdami patikrinti šią teoriją, mokslininkai dviejuose mažuose, penkių litrų talpos anaerobiniuose pūdytuvuose augino termofilines bakterijas iš nuotekų valymo įrenginio. Tada Angenentas ir jo kolegos pamažu pradėjo tiekti atliekų mėginius į pūdytuvus, kurie buvo laikomi 55 °C temperatūroje, kad būtų maksimaliai padidintas bakterijų aktyvumas. Viryklėms veikiant, komanda išmatavo išsiskyrusio metano kiekį.

Tačiau pradiniai bandymai parodė, kad procesas gamina labai mažai metano. Angenentas spėjo, kad sistemoje gali trūkti esminio ingrediento, bet nežinojo, kas tai galėtų būti. Taigi komanda įsigilino į mokslinę literatūrą ir išsiaiškino, kad metaną gaminančioms bakterijoms reikia tam tikrų mikroelementų, kad procesas prasidėtų, ypač kobalto.

Kai Angenentas į mišinį įmaišė kobalto, jis prisimena, tai buvo neįtikėtina. Per naktį procesas buvo atkurtas. Atliekant laboratorinius tyrimus, vidutinė išeiga davė ketvirtadalį litro metano vienam gramui atliekų, tiekiamų į viryklę. „Angenent“ apskaičiavo, kad šis skaičius, padidintas iki pramoninės gamybos, gamtinių dujų, reikalingų etanolio gamyklai maitinti, kiekį sumažintų 50 procentų.

A 2006 metų tyrimas , Minesotos universiteto mokslininkai apskaičiavo bendrą etanolio gamyboje sunaudojamos energijos kiekį – nuo ​​to, kiek kainuoja pastatyti ir eksploatuoti traktorius, iki kiek kainuoja biokuro gamyklos maitinimas. Jie nustatė, kad etanolis suteikia 26 procentais daugiau energijos nei sunaudojama jo gamybai.

Kai Angenentas įtraukė savo proceso rezultatus į Minesotos modelį, jis nustatė, kad energijos išeiga buvo sumažinta iki 70 procentų, o tai reiškia, kad anaerobinis skaidymas žymiai padidina etanolio biokuro energetinę vertę. Angenentas teigia, kad procentas gali šiek tiek pasikeisti pagal realų scenarijų, jei etanolio gamyklos nuspręs įrengti anaerobinius pūdytuvus.

Jei įdėsite viryklą, turėsite daug skysčių, kuriuos reikia grąžinti atgal į sistemą, ir tai sukeltų pokyčius visoje gamykloje, sako Angenentas. Taigi kas nors turės atlikti tyrimą, kad išsiaiškintų, koks iš tikrųjų yra tas grynasis energijos balansas.

Douglas Tiffany , Minesotos universiteto mokslinis bendradarbis ir 2006 m. tyrimo bendraautoris, teigia, kad etanolio gamyklose eksploatuoti anaerobinius pūdytuvus gali būti sudėtinga, nes norint išlaikyti stabilią bakterijų bendruomenę aukštoje temperatūroje ir išvengti sistemos gedimų, reikia patirties. Tačiau, jei šios problemos bus išspręstos, sako Tiffany, procesas gali pagerinti etanolio energijos ir aplinkos potencialą.

Galime žymiai pagerinti esamas kukurūzų etanolio gamyklas ir sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekį daug labiau nei šiandien, sako Tiffany. Šis procesas patrauklus, nes tai mažai energijos sunaudojantis ir mažai kapitalo reikalaujantis metodas. Kai kuriems [etanolio gamintojams] reikės iškišti kaklą, kad išbandytų, bet kai tai įvyks daugelyje gamyklų, tai turėtų pasiteisėti gana gerai.

paslėpti