El dióxido de carbono se ha convertido en un ingrediente secreto en la receta para hacer etanol, y esa adición representa un gran paso adelante en la racionalización del proceso de producción de biocombustibles.
La innovación proviene de investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía Berkeley Lab y de los Laboratorios Nacionales Sandia Sandia que trabajan en el Joint BioEnergy Institute JBEI. Los científicos han demostrado que agregar dióxido de carbono CO 2El gas durante la fase de deconstrucción de la producción de biocombustibles neutralizó con éxito la toxicidad de los líquidos iónicos, el disolvente de sal fundida a temperatura ambiente utilizado en JBEI para descomponer el material vegetal celulósico.Además, el proceso es fácilmente reversible, lo que permite que el líquido se recicle para usarlo nuevamente como solvente.
El uso de dióxido de carbono como método reversible para controlar el pH elimina la necesidad de separación y purificación del líquido después del pretratamiento de biomasa y antes de otros dos pasos principales utilizados en la producción de biocombustibles: sacarificación y fermentación.
El estudio, publicado en línea este mes en la revista Energía y Ciencias del Medio Ambiente , aborda un obstáculo significativo para expandir el mercado de biocombustibles: reducir el costo de producción.
"El pretratamiento es la parte más costosa del proceso de producción de biocombustibles", dijo el autor correspondiente del estudio Seema Singh, director de Pretratamiento de Biomasa en JBEI, un Centro de Investigación de Bioenergía del DOE dirigido por Berkeley Lab. "Si cuenta el ciclo completo de producción, pretratamientosolo es superado por el costo de cultivar y obtener la materia prima ".
Según un análisis económico preliminar reportado en el estudio, un CO 2 el proceso mejorado podría reducir los costos de producción en un 50 a 65 por ciento en comparación con los métodos convencionales de pretratamiento a base de líquido iónico.
Gran parte del atractivo de usar gas de dióxido de carbono para neutralizar el líquido iónico es la facilidad con la que la técnica se puede integrar en las operaciones industriales existentes. Esta solución también es relativamente no tóxica en comparación con otros gases industriales comunes o técnicas de ajuste de pH.
"La aplicación y eliminación de gas a presión en un entorno industrial son cosas que hemos estado haciendo durante más de un siglo", dijo el autor principal del estudio Blake Simmons, director de ciencia y tecnología y vicepresidente de Deconstrucción en JBEI ".la técnica encaja en un sistema industrial ya robusto y confiable "
Los líquidos iónicos utilizados para el pretratamiento en JBEI suelen ser altamente alcalinos y deben lavarse para que no interfieran con las enzimas y los microbios utilizados en las últimas etapas de la producción de biocombustibles. Las enzimas son necesarias para liberar los azúcares de la lechadade celulosa y hemicelulosa después del pretratamiento, un paso llamado sacarificación. El trabajo de la bacteria es convertir ese azúcar para producir biocombustible, un paso llamado fermentación.
Los autores del estudio señalaron que los microbios generan dióxido de carbono como un subproducto de la fermentación, por lo que aprovechar ese gas para su uso en la fase de pretratamiento conduce a una fuente de energía aún más ecológica.
"Incorporación de CO gaseoso 2 en este proceso significa que no hay necesidad de un paso de neutralización, y el pH se puede cambiar en un centavo mediante la adición o liberación de CO 2 ", dijo Simmons, quien también es el director de división de Sistemas Biológicos e Ingeniería en el Área de Biociencias de Berkeley Lab." Cuando el ajuste del pH es reversible, hace que el proceso general sea más eficiente porque puede repetir el ciclo de pretratamiento varias veces. Ycuesta menos porque ahora puedes hacer todo en un reactor en lugar de tres ".
Creando una 'escopeta de plata'
Durante varias décadas, los investigadores han estado trabajando para reducir la cantidad de energía y manejo necesarios para cada etapa de este proceso. Algunos se centran en la ingeniería de enzimas y bacterias para que puedan resistir la exposición a líquidos iónicos, mientras que este estudio se centra en neutralizarel líquido iónico para que no dañe las enzimas y los microbios.
"Continuamos simplificando la producción de biocombustibles, y hay muchas formas de hacerlo", dijo Simmons. "Nuestra misión en JBEI es llevar a cabo una ciencia innovadora para desarrollar múltiples soluciones para el desarrollo de bioenergía que la industria pueda elegir, dependiendo de quéfunciona mejor para su modelo de negocio. No estamos creando una bala de plata. Estamos creando una escopeta de plata ".
Los investigadores recurrieron al dióxido de carbono sabiendo que cuando se absorbe el gas, las reacciones químicas resultantes con el agua aumentan la acidez del líquido. El mismo principio está en funcionamiento en los océanos del mundo, que se han vuelto cada vez más ácidos con la mayor absorción de agua de mar.dióxido de carbono de la atmósfera.
Para sus experimentos, los investigadores examinaron 15 tipos de líquido iónico en varias concentraciones. De los líquidos iónicos, los científicos determinaron que el lisinato de colinio, un líquido iónico formado al mezclar los aminoácidos colina y lisina, era más compatible con la enzima disponible comercialmente.mezclas y mezclas de fermentación. Luego realizaron pruebas con diversas concentraciones y presiones de dióxido de carbono.
La aplicación de hasta 145 libras por pulgada cuadrada de dióxido de carbono al sistema cambió el pH a un rango que era óptimo para las enzimas y los microbios. Esto permitió a los investigadores obtener más del 83 por ciento del rendimiento teórico de etanol de la glucosainicialmente presente en biomasa.
Los investigadores dijeron que este proceso pronto podría estar listo para su implementación en la producción de etanol.
"Quedan muchos desafíos, pero estamos muy orgullosos de lo rápido que ha progresado esta línea de investigación", dijo Singh.
Los siguientes pasos son adaptar esto a la producción de biocombustibles avanzados "directos" que pueden reemplazar directamente el material de mezcla para los combustibles automotrices, diesel y de aviación actuales, dijeron los investigadores.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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