stringtranslate.com

Целлюлозный этанол

Целлюлозный этанол — это этанол (этиловый спирт), произведенный из целлюлозы (волокнистого волокна растения), а не из семян или плодов растения . Его можно производить из трав , древесины , водорослей или других растений. Обычно его рассматривают для использования в качестве биотоплива . Углекислый газ , который растения поглощают по мере роста, компенсирует часть углекислого газа, выделяемого при сжигании этанола, произведенного из них , поэтому топливо из целлюлозного этанола может иметь меньший углеродный след, чем ископаемое топливо .

Интерес к целлюлозному этанолу обусловлен его потенциалом заменить этанол, произведенный из кукурузы или сахарного тростника . Поскольку эти растения также используются для производства пищевых продуктов, их перенаправление на производство этанола может привести к росту цен на продукты питания; источники на основе целлюлозы, с другой стороны, обычно не конкурируют с продуктами питания, поскольку волокнистые части растений в основном несъедобны для человека. Другим потенциальным преимуществом является большое разнообразие и обилие источников целлюлозы; травы, деревья и водоросли встречаются практически в любой среде на Земле. Даже компоненты твердых бытовых отходов, такие как бумага, предположительно могут быть превращены в этанол. Основным текущим недостатком целлюлозного этанола является его высокая стоимость производства, которое является более сложным и требует большего количества этапов, чем этанол на основе кукурузы или сахарного тростника.

Целлюлозный этанол привлек значительное внимание в 2000-х и начале 2010-х годов. Правительство Соединенных Штатов , в частности, финансировало исследования по его коммерциализации и установило целевые показатели по доле целлюлозного этанола, добавляемого в автомобильное топливо. Большое количество новых компаний, специализирующихся на целлюлозном этаноле, в дополнение ко многим существующим компаниям, инвестировали в опытно-промышленные производственные установки . Однако гораздо более дешевое производство этанола на основе зерна, а также низкая цена на нефть в 2010-х годах привели к тому, что целлюлозный этанол не был конкурентоспособен по сравнению с этими устоявшимися видами топлива. В результате большинство новых нефтеперерабатывающих заводов были закрыты к середине 2010-х годов, а многие из недавно созданных компаний стали неплатежеспособными. Несколько из них все еще существуют, но в основном используются в демонстрационных или исследовательских целях; по состоянию на 2021 год ни одна из них не производит целлюлозный этанол в масштабах.

Обзор

Целлюлозный этанол — это тип биотоплива , производимого из лигноцеллюлозы , структурного материала, который составляет большую часть массы растений и состоит в основном из целлюлозы , гемицеллюлозы и лигнина . Популярные источники лигноцеллюлозы включают как сельскохозяйственные отходы (например, кукурузную солому или древесную щепу ), так и травы, такие как просо и виды мискантуса . [1] Это сырье для производства этанола имеет то преимущество, что оно обильно и разнообразно и не будет конкурировать с производством продуктов питания, в отличие от более часто используемых кукурузного и тростникового сахара. [2] Однако они также требуют большей обработки, чтобы сделать мономеры сахара доступными для микроорганизмов, обычно используемых для производства этанола путем ферментации, что повышает цену этанола, полученного из целлюлозы. [3]

Целлюлозный этанол может сократить выбросы парниковых газов на 85% по сравнению с реформулированным бензином. [4] Напротив, крахмальный этанол (например, из кукурузы), который чаще всего использует природный газ для обеспечения процесса энергией, может вообще не сократить выбросы парниковых газов в зависимости от того, как производится сырье на основе крахмала. [5] По данным Национальной академии наук в 2011 году, не существует коммерчески жизнеспособного биоперерабатывающего завода для преобразования лигноцеллюлозной биомассы в топливо. [6] Отсутствие производства целлюлозного этанола в объемах, требуемых регламентом, стало основой решения Апелляционного суда Соединенных Штатов по округу Колумбия, объявленного 25 января 2013 года, аннулирующего требование, наложенное Агентством по охране окружающей среды на производителей топлива для легковых и грузовых автомобилей в Соединенных Штатах, требующее добавления целлюлозного биотоплива в их продукцию. [7] Эти проблемы, наряду со многими другими сложными производственными задачами, привели исследователей политики из Университета Джорджа Вашингтона к выводу, что «в краткосрочной перспективе [целлюлозный] этанол не сможет соответствовать целям энергетической безопасности и охраны окружающей среды, которые ставит альтернатива бензину». [8]

История

Французский химик Анри Браконно был первым, кто обнаружил, что целлюлозу можно гидролизовать в сахара путем обработки серной кислотой в 1819 году. [9] Гидролизованный сахар затем можно было переработать в этанол путем ферментации. Первое коммерческое производство этанола началось в Германии в 1898 году, где кислота использовалась для гидролиза целлюлозы. В Соединенных Штатах компания Standard Alcohol Company открыла первый завод по производству целлюлозного этанола в Южной Каролине в 1910 году. Позже был открыт второй завод в Луизиане. Однако оба завода были закрыты после Первой мировой войны по экономическим причинам. [10]

Первая попытка коммерциализации процесса получения этанола из древесины была предпринята в Германии в 1898 году. Она включала использование разбавленной кислоты для гидролиза целлюлозы до глюкозы и позволяла производить 7,6 литров этанола на 100 кг древесных отходов (18 галлонов США (68 л) ​​на тонну). Вскоре немцы разработали промышленный процесс, оптимизированный для выхода около 50 галлонов США (190 л) на тонну биомассы. Этот процесс вскоре нашел свой путь в США, достигнув кульминации в двух коммерческих заводах, работающих на юго-востоке во время Первой мировой войны. Эти заводы использовали то, что называлось «американским процессом» — одноступенчатый гидролиз разбавленной серной кислоты. Хотя выход был вдвое меньше, чем у оригинального немецкого процесса (25 галлонов США (95 л) этанола на тонну против 50), производительность американского процесса была намного выше. Падение производства пиломатериалов заставило заводы закрыться вскоре после окончания Первой мировой войны. Тем временем небольшое, но стабильное количество исследований по гидролизу разбавленной кислоты продолжалось в Лаборатории лесной продукции USFS . [11] [12] [13] Во время Второй мировой войны США снова обратились к целлюлозному этанолу, на этот раз для преобразования в бутадиен для производства синтетического каучука. Компания Vulcan Copper and Supply Company получила контракт на строительство и эксплуатацию завода по переработке опилок в этанол. Завод был основан на модификациях оригинального немецкого процесса Шоллера, разработанного Лабораторией лесной продукции. Этот завод достиг выхода этанола в 50 галлонов США (190 л) на сухую тонну, но все еще не был прибыльным и был закрыт после войны. [14]

С быстрым развитием ферментных технологий в последние два десятилетия процесс кислотного гидролиза постепенно был заменен ферментативным гидролизом. Химическая предварительная обработка исходного сырья необходима для гидролиза (отделения) гемицеллюлозы, чтобы ее можно было более эффективно преобразовать в сахара. Предварительная обработка разбавленной кислотой разработана на основе ранних работ по кислотному гидролизу древесины в Лаборатории лесной продукции USFS . В 2009 году Лаборатория лесной продукции совместно с Университетом Висконсин-Мэдисон разработала сульфитную предварительную обработку для преодоления неподатливости лигноцеллюлозы для надежного ферментативного гидролиза древесной целлюлозы. [15]

В своем послании о положении страны 23 января 2007 года президент США Джордж Буш-младший объявил о предлагаемом мандате на 35 миллиардов галлонов США (130 × 10 9  л) этанола к 2017 году. Позднее в том же году Министерство энергетики США выделило 385 миллионов долларов в виде грантов, направленных на запуск производства этанола из нетрадиционных источников, таких как древесная щепа, просо и кожура цитрусовых. [16]^

Методы производства

Биореактор для исследования целлюлозного этанола.

Этапы производства этанола с использованием биологического подхода следующие: [17]

  1. Фаза «предварительной обработки», позволяющая сделать лигноцеллюлозный материал, такой как древесина или солома, поддающимся гидролизу.
  2. Гидролиз целлюлозы ( целлюлолиз ) для расщепления молекул на сахара
  3. Микробная ферментация сахарного раствора
  4. Дистилляция и дегидратация для получения чистого спирта

В 2010 году был разработан генетически модифицированный штамм дрожжей, способный производить собственные ферменты, переваривающие целлюлозу. [18] Если предположить, что эту технологию можно будет масштабировать до промышленного уровня, она устранит один или несколько этапов целлюлолиза, сократив как необходимое время, так и стоимость производства.

Хотя лигноцеллюлоза является наиболее распространенным растительным материальным ресурсом, ее пригодность к использованию ограничена ее жесткой структурой. В результате, необходима эффективная предварительная обработка для освобождения целлюлозы от лигниновой изоляции и ее кристаллической структуры, чтобы сделать ее доступной для последующего этапа гидролиза. [19] Безусловно, большинство предварительных обработок выполняется физическими или химическими средствами. Для достижения более высокой эффективности требуются как физические, так и химические предварительные обработки. Физическая предварительная обработка включает в себя уменьшение размера частиц биомассы с помощью механических методов обработки, таких как измельчение или экструзия . Химическая предварительная обработка частично деполимеризует лигноцеллюлозу, поэтому ферменты могут получить доступ к целлюлозе для микробных реакций. [20]

Химические методы предварительной обработки включают кислотный гидролиз , паровой взрыв , расширение аммиачных волокон, органосольвент, предварительную обработку сульфитом , [15] фракционирование SO2-этанол-вода, [21] щелочное мокрое окисление и предварительную обработку озоном. [22] Помимо эффективного высвобождения целлюлозы, идеальная предварительная обработка должна минимизировать образование продуктов распада, поскольку они могут ингибировать последующие этапы гидролиза и ферментации. [23] Наличие ингибиторов еще больше усложняет и увеличивает стоимость производства этанола из-за необходимых этапов детоксикации. Например, хотя кислотный гидролиз, вероятно, является старейшим и наиболее изученным методом предварительной обработки, он производит несколько мощных ингибиторов, включая фурфурол и гидроксиметилфурфурол . [24] Расширение аммиачных волокон (AFEX) является примером многообещающей предварительной обработки, которая не производит ингибиторов. [25]

Большинство процессов предварительной обработки неэффективны при применении к сырью с высоким содержанием лигнина, такому как лесная биомасса. Для этого требуются альтернативные или специализированные подходы. Процессы Organosolv , SPORL («сульфитная предварительная обработка для преодоления неподатливости лигноцеллюлозы») и SO2-этанол-вода (AVAP®) — это три процесса, которые могут обеспечить более 90% конверсии целлюлозы для лесной биомассы, особенно для хвойных пород древесины. SPORL — самый энергоэффективный (производство сахара на единицу потребляемой энергии при предварительной обработке) и надежный процесс для предварительной обработки лесной биомассы с очень низким производством ингибиторов ферментации. Варка органосольвом особенно эффективна для лиственных пород древесины и обеспечивает легкое извлечение гидрофобного лигнинового продукта путем разбавления и осаждения. [26] </ref> Процесс AVAP® эффективно фракционирует все типы лигноцеллюлозы в чистую, легкоусвояемую целлюлозу, нерасщепленные гемицеллюлозные сахара, реактивный лигнин и лигносульфонаты и характеризуется эффективным восстановлением химикатов. [27] [28]

Целлюлолитические процессы

Гидролиз целлюлозы ( целлюлолиз ) производит простые сахара , которые могут быть ферментированы в спирт. Существует два основных процесса целлюлолиза: химические процессы с использованием кислот или ферментативные реакции с использованием целлюлаз . [ 17]

Химический гидролиз

В традиционных методах, разработанных в 19 веке и в начале 20 века, гидролиз выполняется путем воздействия на целлюлозу кислотой. [29] Разбавленная кислота может использоваться при высокой температуре и высоком давлении, или более концентрированная кислота может использоваться при более низких температурах и атмосферном давлении. Декристаллизованная целлюлозная смесь кислоты и сахаров реагирует в присутствии воды для завершения отдельных молекул сахара (гидролиз). Продукт этого гидролиза затем нейтрализуется, и дрожжевая ферментация используется для производства этанола. Как уже упоминалось, существенным препятствием для процесса разбавленной кислоты является то, что гидролиз настолько жесткий, что образуются токсичные продукты распада, которые могут помешать ферментации. BlueFire Renewables использует концентрированную кислоту, потому что она не производит почти столько же ингибиторов ферментации, но должна быть отделена от потока сахара для рециркуляции [например, имитация хроматографического разделения с подвижным слоем], чтобы быть коммерчески привлекательной. [ необходима цитата ]

Ученые Службы сельскохозяйственных исследований обнаружили, что они могут получить доступ и ферментировать почти все оставшиеся сахара в пшеничной соломе. Сахара находятся в клеточных стенках растения, которые, как известно, трудно расщепить. Чтобы получить доступ к этим сахарам, ученые предварительно обработали пшеничную солому щелочной перекисью, а затем использовали специальные ферменты для разрушения клеточных стенок. Этот метод производил 93 галлона США (350 л) этанола на тонну пшеничной соломы. [30]

Ферментативный гидролиз

Цепи целлюлозы могут быть разрушены до молекул глюкозы ферментами целлюлазами . Эта реакция происходит при температуре тела в желудках жвачных животных , таких как крупный рогатый скот и овцы, где ферменты вырабатываются микробами. Этот процесс использует несколько ферментов на различных стадиях этого преобразования. Используя похожую ферментативную систему, лигноцеллюлозные материалы могут быть ферментативно гидролизованы в относительно мягких условиях (50 °C и pH 5), что обеспечивает эффективное расщепление целлюлозы без образования побочных продуктов, которые в противном случае ингибировали бы активность ферментов. Все основные методы предварительной обработки, включая разбавленную кислоту, требуют этапа ферментативного гидролиза для достижения высокого выхода сахара для ферментации этанола. [25]

Грибковые ферменты могут быть использованы для гидролиза целлюлозы. Сырье (часто древесина или солома) все еще должно быть предварительно обработано, чтобы сделать его поддающимся гидролизу. [31] В 2005 году корпорация Iogen объявила, что разрабатывает процесс с использованием грибка Trichoderma reesei для секреции «специально разработанных ферментов» для процесса ферментативного гидролиза . [32]

Другая канадская компания, SunOpta, использует предварительную обработку паровым взрывом , предоставляя свою технологию заводу Verenium (ранее Celunol Corporation) в Дженнингсе, Луизиана , заводу Abengoa в Саламанке, Испания , и China Resources Alcohol Corporation в Чжаодуне . На производственном объекте CRAC в качестве сырья используется кукурузная солома . [33]

Микробная ферментация

Традиционно пекарские дрожжи ( Saccharomyces cerevisiae ) долгое время использовались в пивоваренной промышленности для производства этанола из гексоз (шестиуглеродных сахаров). Из-за сложной природы углеводов, присутствующих в лигноцеллюлозной биомассе , в гидролизате также присутствует значительное количество ксилозы и арабинозы (пятиуглеродных сахаров, полученных из гемицеллюлозной части лигноцеллюлозы). Например, в гидролизате кукурузной соломы примерно 30% от общего количества сбраживаемых сахаров составляет ксилоза. В результате способность ферментирующих микроорганизмов использовать весь спектр сахаров, доступных из гидролизата, имеет жизненно важное значение для повышения экономической конкурентоспособности целлюлозного этанола и потенциально биооснованных белков. [ необходима цитата ]

На рубеже тысячелетий метаболическая инженерия микроорганизмов, используемых в производстве топливного этанола, показала значительный прогресс. [34] Помимо Saccharomyces cerevisiae , такие микроорганизмы, как Zymomonas mobilis и Escherichia coli, были направлены на метаболическую инженерию для производства целлюлозного этанола. Привлекательность альтернативного ферментационного организма заключается в его способности ферментировать пятиуглеродные сахара, улучшая выход исходного сырья. Эта способность часто встречается у организмов на основе бактерий [35] . [ необходима цитата ]

В первом десятилетии 21-го века были описаны сконструированные дрожжи, эффективно сбраживающие ксилозу [36] [37] и арабинозу [38] и даже обе вместе. [39] Дрожжевые клетки особенно привлекательны для процессов получения целлюлозного этанола, поскольку они используются в биотехнологии уже сотни лет, устойчивы к высоким концентрациям этанола и ингибиторов и могут расти при низких значениях pH, что снижает бактериальное загрязнение. [ необходима ссылка ]

Комбинированный гидролиз и ферментация

Было обнаружено, что некоторые виды бактерий способны напрямую преобразовывать целлюлозный субстрат в этанол. Одним из примеров является Clostridium thermocellum , который использует сложную целлюлосому для расщепления целлюлозы и синтеза этанола. Однако C. thermocellum также производит другие продукты в ходе метаболизма целлюлозы, включая ацетат и лактат , в дополнение к этанолу, что снижает эффективность процесса. Некоторые исследовательские усилия направлены на оптимизацию производства этанола с помощью генной инженерии бактерий, которые фокусируются на пути производства этанола. [40]

Процесс газификации (термохимический подход)

Газификатор с псевдоожиженным слоем в Гюссинг- Бургенланде, Австрия

Процесс газификации не зависит от химического разложения целлюлозной цепи (целлюлозолиз). Вместо того, чтобы разлагать целлюлозу на молекулы сахара, углерод в сырье преобразуется в синтез-газ , используя то, что равносильно частичному сгоранию. Оксид углерода, диоксид углерода и водород затем могут быть поданы в специальный вид ферментера . Вместо ферментации сахара с дрожжами, этот процесс использует бактерии Clostridium ljungdahlii . [41] Этот микроорганизм будет поглощать оксид углерода, диоксид углерода и водород и производить этанол и воду. Таким образом, процесс можно разбить на три этапа:

  1. Газификация — сложные молекулы на основе углерода расщепляются, чтобы получить углерод в виде оксида углерода, диоксида углерода и водорода.
  2. Ферментация — преобразование оксида углерода, диоксида углерода и водорода в этанол с использованием организма Clostridium ljungdahlii.
  3. Дистилляция — этанол отделяется от воды.

Исследование 2002 года обнаружило еще одну бактерию Clostridium , которая, по-видимому, в два раза эффективнее в производстве этанола из оксида углерода, чем упомянутая выше. [42]

В качестве альтернативы, синтез-газ из газификации может быть подан в каталитический реактор, где он используется для производства этанола и других высших спиртов посредством термохимического процесса. [43] Этот процесс также может генерировать другие виды жидкого топлива, альтернативная концепция, успешно продемонстрированная базирующейся в Монреале компанией Enerkem на своем предприятии в Уэстбери, Квебек. [44]

Гемицеллюлоза в этанол

Исследования интенсивно проводятся для разработки экономичных методов преобразования как целлюлозы, так и гемицеллюлозы в этанол. Ферментация глюкозы, основного продукта гидролизата целлюлозы, в этанол является уже установленной и эффективной технологией. Однако преобразование ксилозы, пентозного сахара гидролизата гемицеллюлозы, является ограничивающим фактором, особенно в присутствии глюкозы. Более того, его нельзя игнорировать, поскольку гемицеллюлоза увеличит эффективность и рентабельность производства целлюлозного этанола. [45]

Сакамото (2012) и др. показывают потенциал генно-инженерных микробов для экспрессии ферментов гемицеллюлазы. Исследователи создали рекомбинантный штамм Saccharomyces cerevisiae, который был способен:

  1. гидролизовать гемицеллюлазу посредством со-экспонирования эндоксиланазы на ее клеточной поверхности,
  2. усваивают ксилозу путем экспрессии ксилозоредуктазы и ксилитолдегидрогеназы.

Штамм был способен преобразовывать гидролизат рисовой соломы в этанол, содержащий гемицеллюлозные компоненты. Более того, он был способен производить в 2,5 раза больше этанола, чем контрольный штамм, демонстрируя высокоэффективный процесс клеточной поверхностной инженерии для производства этанола. [45]

Преимущества

Общие преимущества этанолового топлива

Этанол сгорает чище и эффективнее бензина. [46] [47] Поскольку растения потребляют углекислый газ по мере роста, биоэтанол имеет в целом меньший углеродный след, чем ископаемое топливо. [48] Замена нефти этанолом также может снизить зависимость страны от импорта нефти . [49]

Преимущества целлюлозного этанола по сравнению с этанолом на основе кукурузы или сахара

Коммерческое производство целлюлозного этанола, которое в отличие от кукурузы и сахарного тростника не будет конкурировать с производством продуктов питания, было бы весьма привлекательным, поскольку снизило бы нагрузку на эти продовольственные культуры.

Хотя затраты на переработку выше, цена целлюлозной биомассы намного ниже, чем у зерна или фруктов. Более того, поскольку целлюлоза является основным компонентом растений, можно собирать все растение, а не только фрукты или семена. Это приводит к гораздо лучшей урожайности; например, просо прутьевидное дает в два раза больше этанола с акра, чем кукуруза. [51] Материалы биомассы для производства целлюлозы требуют меньше вложений, таких как удобрения, гербициды, а их обширные корни улучшают качество почвы , уменьшают эрозию и увеличивают захват питательных веществ. [52] [53] Общий углеродный след и потенциал глобального потепления целлюлозного этанола значительно ниже (см. диаграмму) [54] [55] [56] , а чистый выход энергии в несколько раз выше, чем у этанола на основе кукурузы.

Потенциальное сырье также многочисленно. Около 44% бытовых отходов, образующихся во всем мире, состоит из продуктов питания и зелени. [57] По оценкам, только в США ежегодно выбрасывается 323 миллиона тонн целлюлозосодержащего сырья, которое можно было бы использовать для производства этанола. Это включает 36,8 миллионов сухих тонн городских древесных отходов, 90,5 миллионов сухих тонн первичных отходов лесопиления, 45 миллионов сухих тонн лесных отходов и 150,7 миллионов сухих тонн кукурузной и пшеничной соломы. [58] Более того, даже земли, непригодные для сельского хозяйства, можно было бы засеять культурами, производящими целлюлозу, такими как просо прутьевидное, что привело бы к производству достаточного количества, чтобы заменить весь текущий импорт нефти в Соединенные Штаты. [59]

Бумага, картон и упаковка составляют около 17% мировых бытовых отходов; [57] хотя часть из них перерабатывается. Поскольку эти продукты содержат целлюлозу, они могут быть преобразованы в целлюлозный этанол, [58] что позволит избежать образования метана , мощного парникового газа, во время разложения. [60]

Недостатки

Общие недостатки

Главным общим недостатком этанолового топлива является его меньшая топливная экономичность по сравнению с бензином при использовании этанола в двигателе, рассчитанном на бензин с более низкой степенью сжатия. [49]

Недостатки целлюлозного этанола по сравнению с этанолом на основе кукурузы или сахара

Основным недостатком целлюлозного этанола является его высокая стоимость и сложность производства, что стало основным препятствием для его коммерциализации. [61] [62]

Экономика

Хотя мировой рынок биоэтанола является значительным (около 110 миллиардов литров в 2019 году), подавляющее большинство производится из кукурузы или сахарного тростника , а не из целлюлозы. [63] В 2007 году стоимость производства этанола из целлюлозных источников оценивалась примерно в 2,65 доллара США за галлон (0,58 евро за литр), что примерно в 2–3 раза дороже, чем этанол, произведенный из кукурузы. [64] Однако рынок целлюлозного этанола остается относительно небольшим и зависит от государственных субсидий. [62] Первоначально правительство США установило целевые показатели по целлюлозному этанолу, постепенно увеличивая их с 1 миллиарда литров в 2011 году до 60 миллиардов литров в 2022 году. [65] Однако эти годовые цели почти всегда отменялись после того, как становилось ясно, что нет никаких шансов их достичь. [61] Большинство заводов по производству целлюлозного этанола были отменены или заброшены в начале 2010-х годов. [62] [66] Заводы, построенные или финансируемые DuPont , General Motors и BP , среди многих других, были закрыты или проданы. [67] По состоянию на 2018 год в США остался только один крупный завод. [62]

Для того, чтобы выращивать ее в крупномасштабном производстве, целлюлозная биомасса должна конкурировать с существующими видами использования сельскохозяйственных земель, в основном для производства сельскохозяйственных культур. Из 2,26 млрд акров (9,1 млн км 2 ) незатопленных земель Соединенных Штатов, [68] 33% составляют лесные угодья, 26% пастбища и луга и 20% пахотные земли. Исследование, проведенное Министерством энергетики и сельского хозяйства США в 2005 году, показало, что 1,3 млрд сухих тонн биомассы теоретически доступны для использования в этаноле, при этом сохраняя приемлемое воздействие на лесное хозяйство и сельское хозяйство. [69]

Сравнение с этанолом на основе кукурузы

В настоящее время переработка целлюлозы в этанол является более сложной и дорогостоящей, чем переработка кукурузы или сахарного тростника. Министерство энергетики США подсчитало в 2007 году, что стоимость производства целлюлозного этанола составляет около 2,20 долл. США за галлон, что в 2–3 раза больше, чем этанола из кукурузы. Ферменты, разрушающие клеточную стенку растений, стоят 0,40 долл. США за галлон этанола по сравнению с 0,03 долл. США за галлон кукурузы. [64] Однако целлюлозная биомасса дешевле в производстве, чем кукуруза, поскольку требует меньше затрат, таких как энергия, удобрения, гербициды, и сопровождается меньшей эрозией почвы и улучшением ее плодородия. Кроме того, неферментируемые и непреобразованные твердые вещества, оставшиеся после производства этанола, можно сжигать для получения топлива, необходимого для работы завода по переработке и производства электроэнергии. Энергия, используемая для работы заводов по производству этанола на основе кукурузы, получается из угля и природного газа. Институт местного самоуправления оценивает стоимость целлюлозного этанола из первого поколения коммерческих установок в диапазоне $1,90–$2,25 за галлон, без учета стимулов. Это сопоставимо с текущей стоимостью $1,20–$1,50 за галлон для этанола из кукурузы и текущей розничной ценой более $4,00 за галлон для обычного бензина (который субсидируется и облагается налогом). [70]

Барьер стоимости фермента

Целлюлазы и гемицеллюлазы, используемые в производстве целлюлозного этанола, более дороги по сравнению с их аналогами первого поколения. Ферменты, необходимые для производства этанола из кукурузного зерна, стоят 2,64–5,28 долларов США за кубический метр произведенного этанола. Ферменты для производства целлюлозного этанола, по прогнозам, будут стоить 79,25 долларов США, то есть они в 20–40 раз дороже. [71] Разница в стоимости объясняется требуемым количеством. Семейство ферментов целлюлаз имеет на один-два порядка меньшую величину эффективности. Поэтому для его производства требуется в 40–100 раз больше фермента. На каждую тонну биомассы требуется 15–25 килограммов фермента. [72] Более поздние оценки [73] ниже, предполагая 1 кг фермента на сухую тонну исходного сырья биомассы. Также существуют относительно высокие капитальные затраты, связанные с длительным временем инкубации для судна, которое выполняет ферментативный гидролиз. В целом, ферменты составляют значительную часть в 20-40% для производства целлюлозного этанола. В статье 2016 года [73] оценивается диапазон в 13-36% денежных затрат, причем ключевым фактором является то, как производится фермент целлюлаза. Для целлюлазы, производимой вне площадки, производство ферментов составляет 36% денежных затрат. Для фермента, производимого на месте на отдельном заводе, доля составляет 29%; для интегрированного производства ферментов доля составляет 13%. Одним из ключевых преимуществ интегрированного производства является то, что средой для роста ферментов является биомасса вместо глюкозы. Биомасса стоит дешевле, и она делает полученный целлюлозный этанол 100% биотопливом второго поколения, т. е. он не использует «еду в качестве топлива». [ требуется цитата ]

Сырье

В целом существует два типа сырья: лесная (древесная) биомасса и сельскохозяйственная биомасса . В США ежегодно можно устойчиво производить около 1,4 млрд. сухих тонн биомассы. Около 370 млн. тонн или 30% приходится на лесную биомассу. [74] Лесная биомасса имеет более высокое содержание целлюлозы и лигнина и более низкое содержание гемицеллюлозы и золы, чем сельскохозяйственная биомасса. Из-за трудностей и низкого выхода этанола при ферментации гидролизата предварительной обработки, особенно тех, которые содержат очень высокие 5-углеродные гемицеллюлозные сахара, такие как ксилоза, лесная биомасса имеет значительные преимущества перед сельскохозяйственной биомассой. Лесная биомасса также имеет высокую плотность, что значительно снижает транспортные расходы. Ее можно собирать круглый год, что исключает необходимость длительного хранения. Близкое к нулю содержание золы в лесной биомассе значительно снижает мертвую нагрузку при транспортировке и переработке. Для удовлетворения потребностей в биоразнообразии лесная биомасса станет важным источником сырья для биомассы в будущей биоэкономике. Однако лесная биомасса гораздо более неподатлива, чем сельскохозяйственная. В 2009 году Лаборатория лесной продукции Министерства сельского хозяйства США совместно с Университетом Висконсин-Мэдисон разработали эффективные технологии [15] [75] , которые могут преодолеть сильную неподатливость лесной (древесной) биомассы, включая хвойные породы с низким содержанием ксилана. Интенсивная культура с коротким оборотом или лесоводство могут предложить почти неограниченные возможности для производства лесной биомассы. [76]

Древесная щепа от порубок и верхушек деревьев, опилки от лесопильных заводов и бумажная масса являются сырьем из лесной биомассы для производства целлюлозного этанола. [77]

Просо прутьевидное ( Panicum virgatum ) — это местная высокая трава прерий . Известное своей выносливостью и быстрым ростом, это многолетнее растение вырастает в теплые месяцы на высоту 2–6 футов. Просо прутьевидное можно выращивать в большинстве частей Соединенных Штатов, включая болота, равнины, ручьи, а также вдоль берегов и межгосударственных автомагистралей . Оно самосевается (не требует трактора для посева, только для кошения), устойчиво ко многим болезням и вредителям и может давать высокие урожаи при низком внесении удобрений и других химикатов. Оно также устойчиво к плохим почвам, наводнениям и засухе; улучшает качество почвы и предотвращает эрозию благодаря своему типу корневой системы. [78]

Просо прутьевидное является одобренной покровной культурой для земель, защищенных в рамках федеральной Программы по охране природы (CRP). CRP — это государственная программа, которая выплачивает производителям сбор за то, что они не выращивают сельскохозяйственные культуры на землях, на которых недавно росли сельскохозяйственные культуры. Эта программа снижает эрозию почвы, улучшает качество воды и увеличивает среду обитания диких животных. Земли CRP служат средой обитания для горных животных, таких как фазаны и утки, а также ряда насекомых. Просо прутьевидное для производства биотоплива рассматривалось для использования на землях Программы по охране природы (CRP), что могло бы повысить экологическую устойчивость и снизить стоимость программы CRP. Однако правила CRP должны быть изменены, чтобы разрешить такое экономическое использование земель CRP. [78]

Miscanthus × giganteus — еще одно жизнеспособное сырье для производства целлюлозного этанола. Этот вид травы произрастает в Азии и является стерильным гибридом Miscanthus sinensis и Miscanthus sacchariflorus . Он дает высокую урожайность, его дешево выращивать, и он процветает в различных климатических условиях. Однако, поскольку он стерилен, ему также требуется вегетативное размножение , что делает его более дорогим. [79]

Было высказано предположение, что Кудзу может стать ценным источником биомассы. [80]

Коммерциализация целлюлозного этанола

Подпитываемый субсидиями и грантами, в начале 2000-х годов произошел бум исследований и пилотных установок целлюлозного этанола . Такие компании, как Iogen , POET и Abengoa, построили нефтеперерабатывающие заводы, которые могут перерабатывать биомассу и превращать ее в этанол, в то время как такие компании, как DuPont , Diversa , Novozymes и Dyadic, инвестировали в исследования ферментов. Однако большинство этих заводов были отменены или закрыты в начале 2010-х годов, поскольку технические препятствия оказались слишком сложными для преодоления. По состоянию на 2018 год только один завод по производству целлюлозного этанола оставался в эксплуатации. [62]

В конце 2010-х годов различные компании время от времени предпринимали попытки коммерциализации целлюлозного этанола в меньших масштабах, хотя такие предприятия, как правило, остаются на экспериментальном уровне и часто зависят от субсидий. Компании Granbio, Raízen и Centro de Tecnologia Canavieira управляют пилотными установками в Бразилии, которые в общей сложности произвели около 30 миллионов литров в 2019 году. [81] Iogen , которая начинала как производитель ферментов в 1991 году и переориентировалась, чтобы сосредоточиться в первую очередь на целлюлозном этаноле в 2013 году, владеет многими патентами на производство целлюлозного этанола [82] и предоставила технологию для завода Raízen. [83] Другими компаниями, разрабатывающими технологию целлюлозного этанола по состоянию на 2021 год, являются Inbicon (Дания); компании, эксплуатирующие или планирующие пилотные производственные установки, включают New Energy Blue (США), [84] Sekab (Швеция) [85] и Clariant (в Румынии). [86] Abengoa, испанская компания с активами по производству целлюлозного этанола, стала неплатежеспособной в 2021 году. [87]

Австралийское агентство по возобновляемым источникам энергии совместно с государственными и местными органами власти частично финансировало пилотную установку в 2017 и 2020 годах в Новом Южном Уэльсе в рамках усилий по диверсификации региональной экономики и отходу от добычи угля. [88]

Поддержка правительства США

С 2006 года федеральное правительство США начало продвигать разработку этанола из целлюлозного сырья. В мае 2008 года Конгресс принял новый законопроект о сельском хозяйстве, который содержал финансирование для коммерциализации биотоплива второго поколения , включая целлюлозный этанол. Закон о продовольствии, охране окружающей среды и энергии 2008 года предусматривал гранты, покрывающие до 30% стоимости разработки и строительства демонстрационных биоперерабатывающих заводов для производства «продвинутого биотоплива», которое фактически включало все виды топлива, не произведенные из кукурузного крахмала. Он также допускал гарантии по кредитам на сумму до 250 миллионов долларов для строительства промышленных биоперерабатывающих заводов. [89]

В январе 2011 года Министерство сельского хозяйства США одобрило кредитные гарантии на сумму 405 миллионов долларов США через Закон о сельском хозяйстве 2008 года для поддержки коммерциализации целлюлозного этанола на трех предприятиях, принадлежащих Coskata , Enerkem и INEOS New Planet BioEnergy. Проекты представляют собой совокупную производственную мощность в 73 миллиона галлонов США (280 000 м 3 ) в год и начнут производить целлюлозный этанол в 2012 году. Министерство сельского хозяйства США также опубликовало список производителей передового биотоплива, которые получат выплаты для расширения производства передового биотоплива. [90] В июле 2011 года Министерство энергетики США предоставило POET кредитные гарантии на сумму 105 миллионов долларов США для строительства завода коммерческого масштаба в Эмметсбурге, штат Айова . [91]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Ziolkowska JR (2020). «Биотопливные технологии: обзор сырья, процессов и технологий». Биотопливо для более устойчивого будущего. Elsevier. стр. 1–19. doi :10.1016/b978-0-12-815581-3.00001-4. ISBN 978-0-12-815581-3. S2CID  202100623.
  2. ^ "Плюсы и минусы биотоплива - целлюлозный этанол". Fortune . Архивировано из оригинала 2016-01-22 . Получено 2021-05-03 .
  3. ^ Markings S (25 апреля 2017 г.). "Недостатки целлюлозного биотоплива". Sciencing . Архивировано из оригинала 2017-03-13 . Получено 2021-05-03 .
  4. ^ Wang M (сентябрь 2005 г.). Обновленные результаты по энергии и выбросам парниковых газов топливного этанола (PDF) . 15-й Международный симпозиум по спиртовому топливу. Сан-Диего, Калифорния. Архивировано из оригинала (PDF) 2013-02-16 . Получено 2013-03-02 .
  5. ^ "Чистые машины, прохладное топливо". 5 (2). Environment California. 2007. Архивировано из оригинала 2007-11-03 . Получено 2007-11-28 . {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  6. ^ Национальный исследовательский совет национальных академий (2011), Стандарт возобновляемого топлива: потенциальные экономические и экологические эффекты политики США в области биотоплива, Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press, стр. 3 «Summary», doi : 10.17226/13105, ISBN 978-0-309-18751-0
  7. ^ Wald ML (25 января 2013 г.). «Суд отменяет мандат Агентства по охране окружающей среды на биотопливо». The New York Times . Получено 26 января 2013 г .. скорее желаемое за действительное, чем реалистичные оценки
  8. ^ Somma D, Lobkowicz H, Deason JP (2010). «Выращивание топлива в Америке: анализ возможности производства кукурузы и целлюлозного этанола в Соединенных Штатах» (PDF) . Clean Techn Environ Policy . 12 (4): 373–380. Bibcode :2010CTEP...12..373S. doi :10.1007/s10098-009-0234-3. S2CID  111303200.
  9. ^ Браконнот H (1819). «Verwandlungen des Holzstoffs mittelst Schwefelsäure в Gummi, Zucker und eine eigne Säure и mittelst Kali в Ульмине». Аннален дер Физик . 63 (12): 348. Бибкод : 1819АнП....63..347Б. дои : 10.1002/andp.18190631202.
  10. ^ Solomon BD, Barnes JR, Halvorsen KE (июнь 2007 г.). «Зерно и целлюлозный этанол: история, экономика и энергетическая политика». Биомасса и биоэнергия . 31 (6): 416–425. Bibcode : 2007BmBe...31..416S. doi : 10.1016/j.biombioe.2007.01.023.
  11. ^ Saeman JF (1945). «Кинетика осахаривания древесины: гидролиз целлюлозы и разложение сахаров в разбавленной кислоте при высокой температуре». Industrial and Engineering Chemistry . 37 (1): 43–52. doi :10.1021/ie50421a009.
  12. ^ Harris EE, Beglinger E, Hajny GJ, Sherrard EC (1945). «Гидролиз древесины: обработка серной кислотой в стационарном варочном котле». Industrial and Engineering Chemistry . 37 (1): 12–23. doi :10.1021/ie50421a005.
  13. ^ Conner AH, Lorenz LF (1986). "Кинетическое моделирование предварительного гидролиза твердой древесины. Часть III. Вода и разбавленная уксусная кислота. Предварительный гидролиз южного красного дуба" (PDF) . Wood and Fiber Science . 18 (2): 248–263. Архивировано из оригинала (PDF) 2021-05-04 . Получено 2021-05-04 .
  14. ^ Katzen R, Schell DJ (2006). "Биопереработка лигноцеллюлозного сырья: история и разработка установок для гидролиза биомассы". В Kamm B, Gruber PR, Kamm M (ред.). Биопереработка - промышленные процессы и продукты . Том 1. Weinheim: Wiley-VCH. стр. 129–138. doi :10.1002/9783527619849.ch6. ISBN 978-3-527-61984-9.
  15. ^ abc Zhu JY, Pan XJ, Wang GS, Gleisner R (апрель 2009 г.). «Предварительная обработка сульфитом (SPORL) для надежного ферментативного осахаривания ели и красной сосны». Bioresource Technology . 100 (8): 2411–8. Bibcode : 2009BiTec.100.2411Z. doi : 10.1016/j.biortech.2008.10.057. PMID  19119005.
  16. ^ Lammers D (2007-03-04). "Газификация может быть ключом к этанолу в США". CBS News . Архивировано из оригинала 2007-11-22 . Получено 2007-11-28 .
  17. ^ ab Amezcua-Allieri MA, Санчес Дуран Т, Абурто Дж (2017). «Исследование химического и ферментативного гидролиза целлюлозного материала с целью получения сбраживаемых сахаров». Химический журнал . 2017 : 1–9. дои : 10.1155/2017/5680105 . ISSN  2090-9063.
  18. ^ Galazka JM, Tian C, Beeson WT, Martinez B, Glass NL, Cate JH (октябрь 2010 г.). «Транспорт целлодекстрина в дрожжах для улучшенного производства биотоплива». Science . 330 (6000): 84–6. Bibcode :2010Sci...330...84G. doi :10.1126/science.1192838. PMID  20829451. S2CID  20444539.
  19. ^ Mosier N, Wyman C, Dale BE, Elander R, Lee YY, Holtzapple M, Ladisch M (2005). «Особенности перспективных технологий предварительной обработки лигноцеллюлозной биомассы». Bioresour Technol . 96 (6): 673–686. Bibcode : 2005BiTec..96..673M. doi : 10.1016/j.biortech.2004.06.025. PMID  15588770. S2CID  6661080.
  20. ^ Тейлор МДж, Алабдрабаламир ХА, Скулу В (30.06.2019). «Выбор физических, физико-химических и химических методов предварительной обработки лигноцеллюлозных отходов для повторного использования в твердое топливо». Устойчивость . 11 (13): 3604. doi : 10.3390/su11133604 . ISSN  2071-1050.
  21. ^ Яковлев М., ван Хайнинген А. (2012). «Эффективное фракционирование ели обработкой SO2-этанолом-водой (SEW): закрытые массовые балансы для углеводов и серы». ChemSusChem . 5 (8): 1625–1637. Bibcode : 2012ChSCh...5.1625I. doi : 10.1002/cssc.201100600. PMID  22740146.
  22. ^ Klinke HB, Thomsen AB, Ahring BK (2004). «Ингибирование дрожжей и бактерий, продуцирующих этанол, продуктами распада, полученными во время предварительной обработки биомассы». Appl Microbiol Biotechnol . 66 (1): 10–26. doi :10.1007/s00253-004-1642-2. PMID  15300416. S2CID  41941145.
  23. ^ Олссон Л., Хан-Хегердаль Б. (1996). «Ферментация лигноцеллюлозных гидролизатов для ферментации этанола». Enzyme Microb Technol . 18 : 312–331. doi :10.1016/0141-0229(95)00157-3.
  24. ^ Palmqvist E, Hahn-Hägerdal B (2000). «Ферментация лигноцеллюлозных гидролизатов. I. Ингибирование и дезоксикация». Bioresour Technol . 74 (1): 17–24. Bibcode : 2000BiTec..74...17P. doi : 10.1016/s0960-8524(99)00160-1.
  25. ^ ab Lynd LR (1996). «Обзор и оценка топливного этанола из целлюлозной биомассы: технология, экономика, окружающая среда и политика». Annual Review of Energy and the Environment . 21 : 403–465. doi :10.1146/annurev.energy.21.1.403.
  26. ^ Macfarlane AL, Farid MM, Chen JJ (2010). Органосольвентная делигнификация ивы . Lambert Academic Press. ISBN 978-3-8383-9155-7.
  27. ^ Яковлев М (2011). Фракционирование лигноцеллюлозы в системе SO2-этанол-вода (PDF) (диссертация). Университет Аалто, Финляндия.
  28. ^ Патент США 8030039, Рецина Т., Пилкканен В., «Способ производства ферментируемых сахаров и целлюлозы из лигноцеллюлозного материала», опубликован 04.10.2011, передан American Process, Inc. 
  29. ^ Булланжер Э (1924). Distillerie Agricole et Industrielle [ Древесный спирт ] (на французском языке). Перевод Марка де Пьоленка Ф. Парижа: Ballière.
  30. ^ Перри А. (9 апреля 2010 г.). «Целлюлозный этанол: расширение возможностей, выявление препятствий». Служба сельскохозяйственных исследований (ARS) . Министерство сельского хозяйства США.
  31. ^ Даштбан М., Шрафт Х., Цинь В. (сентябрь 2009 г.). «Грибковая биоконверсия лигноцеллюлозных остатков; возможности и перспективы». Международный журнал биологических наук . 5 (6): 578–95. doi :10.7150/ijbs.5.578. PMC 2748470. PMID  19774110 . 
  32. ^ "Технология Iogen делает это возможным (обзор процесса)". Iogen Corp. 2005. Архивировано из оригинала 2006-02-03 . Получено 2007-11-28 .
  33. ^ "Sunopta обновляет текущие проекты по производству целлюлозного этанола". Пресс-релиз Sunopta . 2007.
  34. ^ Джеффрис TW, Джин YS (2004). «Метаболическая инженерия для улучшенной ферментации пентоз дрожжами». Appl Microbiol Biotechnol . 63 (5): 495–509. doi :10.1007/s00253-003-1450-0. PMID  14595523. S2CID  26069067.
  35. ^ McMillan JD (январь 1993 г.). "Ферментация ксилозы в этанол: обзор" (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемой энергии . Министерство энергетики США.
  36. ^ Brat D, Boles E, Wiedemann B (2009). «Функциональная экспрессия бактериальной ксилозоизомеразы в Saccharomyces cerevisiae». Appl. Environ. Microbiol . 75 (8): 2304–2311. Bibcode :2009ApEnM..75.2304B. doi :10.1128/AEM.02522-08. PMC 2675233 . PMID  19218403. 
  37. ^ Ohgren K, Bengtsson O, Gorwa-Grauslund MF, Galbe M, Hahn-Hagerdal B, Zacchi G (2006). «Одновременное осахаривание и коферментация глюкозы и ксилозы в предварительно обработанной паром кукурузной соломе при высоком содержании клетчатки с Saccharomyces cerevisiae TMB3400». J Biotechnol . 126 (4): 488–98. doi :10.1016/j.jbiotec.2006.05.001. PMID  16828190.
  38. ^ Беккер Дж., Болес Э. (2003). «Модифицированный штамм Saccharomyces cerevisiae, который потребляет L-арабинозу и производит этанол». Appl Environ Microbiol . 69 (7): 4144–50. Bibcode : 2003ApEnM..69.4144B. doi : 10.1128/AEM.69.7.4144-4150.2003. PMC 165137. PMID  12839792. 
  39. ^ Karhumaa K, Wiedemann B, Hahn-Hägerdal B, Boles E, Gorwa-Grauslund MF (апрель 2006 г.). «Совместное использование L-арабинозы и D-ксилозы лабораторными и промышленными штаммами Saccharomyces cerevisiae». Microbial Cell Factorys . 5 : 18. doi : 10.1186/1475-2859-5-18 . PMC 1459190. PMID  16606456 . 
  40. ^ «Секвенирование генома раскрывает ключ к жизнеспособному производству этанола». Пресс-релиз Университета Рочестера . 2 марта 2007 г.
  41. ^ "Обеспечение устойчивого энергетического будущего путем производства чистой возобновляемой жидкой энергии и зеленой энергии". Bioengineering Resources Inc. Архивировано из оригинала 21-04-2006 . Получено 28-11-2007 .
  42. ^ Раджагопалан С., Дейтар Р., Льюис РС. (2002). «Образование этанола из оксида углерода с помощью нового микробного катализатора». Биомасса и энергия . 23 (6): 487–493. Bibcode : 2002BmBe...23..487R. doi : 10.1016/s0961-9534(02)00071-5.
  43. ^ "Power Energy Fuels Homepage". Enerkem . Power Energy Fuels, Inc. Архивировано из оригинала 2007-12-12 . Получено 2007-11-28 .
  44. ^ "Westbury, Quebec". Архивировано из оригинала 2011-08-06 . Получено 2011-07-27 .
  45. ^ ab Sakamoto T, Hasunuma T, Hori Y, Yamada R, Kondo A (апрель 2012 г.). «Прямое производство этанола из гемицеллюлозных материалов рисовой соломы с использованием сконструированного штамма дрожжей, совместно демонстрирующего три типа гемицеллюлозолитических ферментов на поверхности клеток Saccharomyces cerevisiae, использующих ксилозу». Журнал биотехнологии . 158 (4): 203–10. doi :10.1016/j.jbiotec.2011.06.025. PMID  21741417.
  46. ^ Demain AL, Newcomb M, Wu JH (март 2005 г.). «Целлюлаза, клостридии и этанол». Microbiology and Molecular Biology Reviews . 69 (1): 124–54. doi :10.1128/MMBR.69.1.124-154.2005. PMC 1082790. PMID  15755956 . 
  47. ^ "Преимущества и соображения по этанолу". Центр данных по альтернативным видам топлива .
  48. ^ "Центр данных по альтернативным видам топлива: преимущества и соображения по этанолу". afdc.energy.gov . Министерство энергетики США. Архивировано из оригинала 2012-07-18 . Получено 2021-05-03 .
  49. ^ ab Beck K (ноябрь 2019 г.). "Преимущества и недостатки этанолового биотоплива". Sciencing . Архивировано из оригинала 2017-04-01 . Получено 2021-05-03 .
  50. ^ "Анализ жизненного цикла выбросов парниковых газов от возобновляемых видов топлива EPA - Технические аспекты" (PDF) . Получено 2009-06-07 . См. Таблицу 1 .
  51. ^ Монтенегро М (5 декабря 2006 г.). «Цифры, стоящие за этанолом, целлюлозным этанолом и биодизелем в США» Grist .
  52. ^ Nelson R (2007). "Целлюлозный этанол: биоэтанол в Канзасе" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2008-09-10 . Получено 2007-12-09 .
  53. ^ Райс CW (2002). «Хранение углерода в почве: почему и как?» . Получено 10 ноября 2008 г.
  54. ^ Farrell AE, Plevin RJ, Turner BT, Jones AD, O'Hare M, Kammen DM (январь 2006 г.). «Этанол может способствовать достижению целей в области энергетики и охраны окружающей среды». Science . 311 (5760): 506–8. Bibcode :2006Sci...311..506F. doi :10.1126/science.1121416. PMID  16439656. S2CID  16061891.
  55. ^ Crutzen, PJ, Mosier AR, Smith KA, Winiwarter W (2008). «Выбросы закиси азота при производстве агробиотоплива сводят на нет сокращение глобального потепления за счет замены ископаемого топлива» (PDF) . Atmospheric Chemistry and Physics . 8 (2): 389–395. doi : 10.5194/acp-8-389-2008 .
  56. ^ Solomon BD, Barnes JR, Halvorson KE (2007). «История, экономика и энергетическая политика». Biomass Bioenergy . 31 (6): 416–425. Bibcode : 2007BmBe...31..416S. doi : 10.1016/j.biombioe.2007.01.023.
  57. ^ ab "Тенденции в управлении твердыми отходами". Всемирный банк . Архивировано из оригинала 2018-09-25 . Получено 2021-05-04 .
  58. ^ ab Walsh M (10 апреля 2000 г.). "Оценки ресурсов биомассы". Ок-Ридж, штат Теннесси: Национальная лаборатория Ок-Риджа. Архивировано из оригинала 2008-02-09.
  59. ^ "Switchgrass Fuel Yields Bountiful Energy: Study". Reuters . 10 января 2008 г. Архивировано из оригинала 11 января 2008 г. Получено 12 февраля 2008 г.{{cite news}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  60. ^ Маккиббен Б. (октябрь 2007 г.). «Новая математика углерода». Журнал National Geographic .
  61. ^ ab Loyola M (2019-11-23). ​​"Остановите безумие этанола". The Atlantic . Получено 2021-05-03 .
  62. ^ abcde Rapier R. «Целлюлозный этанол не оправдал ожиданий». Forbes . Получено 03.05.2021 .
  63. ^ "Центр данных по альтернативному топливу: Карты и данные - Глобальное производство этанола". afdc.energy.gov . Министерство энергетики США. Май 2020 г. Архивировано из оригинала 2013-09-19 . Получено 2021-05-03 .
  64. ^ ab Osborne S (ноябрь 2007 г.). "Энергия в 2020 г.: оценка экономических эффектов коммерциализации целлюлозного этанола" (PDF) . Министерство торговли США . Получено 2021-05-03 .
  65. ^ Orcutt M (9 мая 2012 г.). «US Will Be Hard-Pressed to Meet Its Biofuel Mandates». MIT Technology Review . Архивировано из оригинала 29 апреля 2014 г.
  66. ^ Буллис К (ноябрь 2012 г.). «Отмена завода BP затемняет будущее целлюлозного этанола». MIT Technology Review . Архивировано из оригинала 2020-08-12 . Получено 2021-05-03 .
  67. ^ Mayer A (2018-01-02). «Целлюлозный этанол толкает заторы на Среднем Западе на фоне финансовых и технических проблем». KCUR 89.3 — NPR в Канзас-Сити. Местные новости, развлечения и подкасты . Архивировано из оригинала 2020-12-03 . Получено 2021-05-03 .
  68. ^ The World Fact Book, www.cia.org, 01 мая 2008 г.
  69. ^ "Целлюлозный этанол: преимущества и проблемы. Геномика: GTL". Министерство энергетики США, Управление науки. 2007. Архивировано из оригинала 21.12.2007 . Получено 09.12.2007 .
  70. ^ "Целлюлозный этанол: топливо будущего?" (PDF) . ILSR Daily. 2007. Архивировано из оригинала (PDF) 27-09-2006.
  71. ^ Sainz MB (июнь 2009 г.). «Коммерческий целлюлозный этанол: роль ферментов, экспрессируемых растениями». In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant . 45 (3): 314–29. doi :10.1007/s11627-009-9210-1. S2CID  23080785.
  72. ^ Yang B, Wyman CE (2007). «Предварительная обработка: ключ к получению недорогого целлюлозного этанола». Биотопливо, биопродукты и биопереработка . 2 (1): 26–40. doi :10.1002/bbb.49. S2CID  9015244.
  73. ^ ab Johnson E (18 февраля 2016 г.). «Интегрированное производство ферментов снижает стоимость целлюлозного этанола». Биотопливо, биопродукты и биопереработка . 10 (2): 164–174. doi : 10.1002/bbb.1634 .
  74. ^ Perlack RD (2005). Биомасса как сырье для биоэнергетической и биопродуктовой промышленности: техническая осуществимость миллиардных тонн ежегодной поставки. Отчет Национальной лаборатории Ок-Ридж ORNL/TM-2005/66 (Отчет). Ок-Ридж, Теннесси: Министерство энергетики США.
  75. ^ Wang GS, Pan XJ, Zhu JY, Gleisner R, Rockwood D (2009). «Предварительная обработка сульфитом для преодоления неподатливости лигноцеллюлозы (SPORL) для надежного ферментативного осахаривания твердой древесины». Biotechnology Progress . 25 (4): 1086–93. doi :10.1002/btpr.206. PMID  19551888. S2CID  18328577.
  76. ^ Foody BE, Foody KJ (1991). «Разработка интегрированной системы для производства этанола из биомассы». В Klass DL (ред.). Энергия из биомассы и отходов . Чикаго: Институт газовых технологий. С. 1225–1243.
  77. ^ Patel P (9 сентября 2008 г.). «Лучший микроб для производства целлюлозного этанола: новый штамм бактерий может сделать целлюлозный этанол дешевле». MIT Technology Review . Архивировано из оригинала 8 июня 2011 г.
  78. ^ ab Rinehart L (2006). "Просо как биоэнергетическая культура. Национальная информационная служба по устойчивому сельскому хозяйству" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2007-07-15 . Получено 2007-12-10 .
  79. ^ Christian DG, Riche AB, Yates NE (ноябрь 2008 г.). «Рост, урожайность и содержание минералов в Miscanthus×giganteus, выращиваемом в качестве биотоплива в течение 14 последовательных урожаев». Industrial Crops and Products . 28 (3): 320–327. doi :10.1016/j.indcrop.2008.02.009.
  80. ^ Lugar RG, Woolsey RJ (1999). «Новая нефть». Foreign Affairs . 78 (1): 88–102. doi :10.2307/20020241. JSTOR  20020241.
  81. ^ Barros S (2020). Biofuels Annual . Министерство сельского хозяйства США, Служба зарубежного сельского хозяйства . стр. 33.
  82. ^ "Novozymes приобретает Iogen Bio-Products - Manure ManagerManure Manager". 11 февраля 2013 г. Получено 2021-05-05 .
  83. ^ "Raízen planeja mais três usinas de этанол 2G" . Аргус Медиа . 18 марта 2021 г. Архивировано из оригинала 18 марта 2021 г. Проверено 5 мая 2021 г.
  84. ^ Rischar H (19 сентября 2020 г.). «New Energy Blue преобразует сельскохозяйственные отходы в альтернативное топливо, сокращает выбросы». Waste Today . Архивировано из оригинала 2020-10-02 . Получено 2021-05-05 .
  85. ^ "Sekab и Vertoro построят крупномасштабный демонстрационный завод по производству "Goldilocks"". Bioenergy International . 2020-03-09 . Получено 2021-05-05 .
  86. ^ Скотт А. (30 сентября 2018 г.). «Clariant делает большую ставку на целлюлозный этанол». Новости химии и машиностроения .
  87. ^ Гарсия Перес I (23.02.2021). «Испанская компания по возобновляемым источникам энергии подала заявление о несостоятельности». Bloomberg.com . Получено 05.05.2021 .
  88. ^ Кирквуд I (25.05.2020). «Совет Масвеллбрука рассматривает грант в размере 10 млн долларов на раннюю стадию биотопливного завода после ухода китайского инвестора». Newcastle Herald . Получено 05.05.2021 .
  89. ^ Закон о продовольствии, энергосбережении и энергии 2008 г.
  90. ^ Бевилл, Крис (20 января 2011 г.). «USDA одобряет гарантии по кредитам для 3 целлюлозных проектов». Журнал Ethanol Producer .
  91. ↑ Мэтью Л. Уолд (6 июля 2011 г.). «США поддерживают проект по производству топлива из отходов кукурузы». The New York Times . Получено 7 июля 2011 г. Министерство энергетики планирует предоставить гарантию по кредиту в размере 105 миллионов долларов на расширение завода по производству этанола в Эмметсбурге, штат Айова, который намерен производить моторное топливо из кукурузных початков, листьев и шелухи.

Внешние ссылки

Дальнейшее чтение