Energy efficient technologies for lignocellulosic ethanol production

Abstract

ABSTRACT: Currently, biofuels are the most significant alternative fuel aiming to provide clean power for transport, in case sustainable production technologies are employed. Due to the increased tendency of turning over the existing agricultural land to biofuel production, lignocellulosic feedstock is gaining increasing support against the use of first generation feedstock such as sugar cane, corn, wheat or sweet potatoes. However, despite the existing pilot plants, energy intensive technological processes like pretreatment and distillation, as well as high cost of enzymes, still prevent market roll-out of production facilities, extensive researches being conducted in order to find economically feasible alternatives. New close to market techniques, with improved performance in terms of energy and resources, are discussed: the relatively recent SPORL pretreatment, reported as the most effective in size-reduction energy consumption; pretreatment by means of extrusion - a technique in which biomass undergoes continuous mixing, heating and shearing, thus suffering physicochemical disintegration; energy saving pass-through distillation that performs at room temperature, which also offers indirect advantages like the possibility of yeasts and enzymes recovery, and simplified exploitation and maintenance of the distillation equipment. The above mentioned subjects are selected based on their reported performances as well as on their market potential and estimated technical and economic feasibility.

REZUMAT: În prezent biocombustibilii reprezintă categoria cea mai importantă de combustibili alternativi, cu impact pozitiv asupra mediului în cazul în care tehnologiile de producţie a acestora sunt sustenabile. Datorită tendinţelor accentuate de utilizare a terenurilor agricole pentru culturi energetice, biomasa lignocelulozică a devinit tot mai atractivă în raport cu resursele de prima generaţie precum porumbul, grâul, cartoful, trestia de zahăr etc. Cu toate acestea, deşi există staţii pilot funcţionale pentru producerea de bioetanol lignocelulozic, costul ridicat al enzimelor sau consumurile energetice ridicate aferente unor procese precum pretratarea şi distilarea împiedică pătrunderea pe piaţă a acestor tehnologii. În consecinţă, cercetările din acest domeniu se orientează către identificarea unor soluţii fezabile economic. Articolul prezintă trei procese noi, performante din punct de vedere al necesarului de resurse, cu un bun potenţial de piaţă: metoda de pretratare SPORL, raportată ca fiind cea mai eficientă din punct de vedere al energiei consumate pentru mărunţirea biomasei; pretratarea continuă prin extrudare, în cadrul căreia biomasa este dezintegrată fizico-chimic printr-un proces de amestecare, încălzire şi strivire/forfecare mecanică; distilarea “pass-through” la temperatura camerei, cu avantaje precum consumul redus de energie, posibilitatea de reutilizare a enzimelor şi drojdiilor, sau uşurinţa în exploatare. Subiectele au fost selectate pe baza rapoartelor privind performanţele, potenţialul de piaţă şi fezabilitatea tehnico-economică.