Credit: CC0公共领域来自农作物的生物能源是化石燃料的可持续替代品。像energycane这样的新公司每英亩的燃料产量是大豆的几倍。然而，在加工农作物以高效提取燃料方面仍然存在挑战。伊利诺伊大学的四项新研究探索了无化学品预处理方法、高通量表型方法的开发以及在各种情况下从能源中生产燃料的商业规模技术经济可行性。
这些研究是麻省理工学院超高产能源生成可再生油项目的一部分。能源生成可再生油项目侧重于能源生成的叶和茎中三酰甘油酯的生物工程积累，使得每英亩生产的工业植物油比以前多得多。
“这些非粮食作物的单位土地生产力非常高。大豆是用于生物柴油的传统作物，但我们可以从产脂能源中获得更高的产量、更多的油以及更多的生物燃料，”麻省理工学院农业与生物工程系创始人教授维杰·辛格说，他是这四篇论文的合著者。
这项研究的合著者、纽约州立大学环境科学与林业学院(SUNY-ESF)化学工程系助理教授、麻省理工学院卡尔·沃尔斯基因组生物学研究所兼职研究科学家迪帕克·库马尔解释说，从农作物中生产生物燃料需要分解纤维素材料并通过一系列步骤提取石油
“第一步是提取汁液。这就留下了甘蔗渣，一种木质纤维素材料，你可以将其加工成糖，然后发酵成生物乙醇，”库马尔说。
“处理任何木质纤维素生物质的关键之一是预处理步骤。你需要打破物质的顽固结构，这样酶才能接触到纤维素，”他补充道。“因为能源作物是一种相对较新的作物，所以很少有研究对甘蔗渣进行预处理和分解来生产糖，并将这些糖转化为生物燃料。”
预处理过程还会产生一些不需要的化合物，抑制将糖转化为生物燃料的酶。麻省理工学院的研究人员研究了最佳的预处理方法，以最大限度地提高分解率，同时最大限度地减少抑制剂的产生。通常，预处理过程使用化学物质，如硫酸，在高温高压下分解生物质。
库马尔解释说:“我们使用一种不含化学物质的方法，这使得它更加环保。"此外，苛刻的化学物质可能会改变生物质的油结构或质量."
研究人员使用九种不同的温度和时间间隔组合来测试他们的方法。他们能够在最佳条件下达到90%以上的纤维素转化率，这相当于化学预处理方法的结果。
第二项研究以这些结果为基础，进一步研究温度、抑制剂生产和糖回收之间的关系。
“我们在不同的温度范围内对木质纤维素生物质进行预处理，以优化产生最少抑制剂的条件，同时不影响糖的回收。然后我们在这个过程中加入了低温研磨，”亚伯博士后研究员、这项研究的主要作者Shraddha Maitra说。
“在低温研磨中，您用液氮处理甘蔗渣，这使得甘蔗渣非常脆，因此在研磨时，生物质很容易破裂以释放糖。与其他精炼工艺相比，这进一步提高了糖的回收率，主要是木糖，提高了约10%，”迈特拉解释说。
其他行业也使用类似的方法，例如香料和精油，这对于保持产品质量很重要。但是将它们应用于生物燃料生产是新的。
在第三项研究中，Maitra和她的合著者研究了时域核磁共振(NMR)技术，通过监测各种物理和化学原料预处理程序后总脂质、结合脂质和游离脂质的变化来确定脂质的稳定性和回收率。
研究小组的第四项研究调查了基于工程能源的生物炼制的商业规模技术经济可行性。他们使用计算机建模来模拟两种不同情况下的生产过程，以确定资本投资、生产成本以及与大豆基生物柴油相比的产量。
“尽管与大豆生物柴油相比，资本投资更高，但生产成本(每升66至90美分)低于大豆(每升91美分)。对于第一种情况，加工能源公司的总体盈利能力略低于大豆生物柴油，但每单位土地的生物柴油产量是大豆生物柴油的五倍，”这项研究的主要作者库马尔说。
“Energycane的吸引力在于，它能够在美国东南部比甘蔗更广阔的地区生长。伊利诺伊大学伊肯伯里植物生物学和作物科学捐赠教席罗格主任史蒂夫·龙说。
“作为一种多年生植物，energycane适用于可能被一年生作物种植破坏的土地。我们的研究显示了每年每英亩土地生产7.5桶柴油的潜力。加上副产品，这将比目前大多数土地使用的利润要高得多，同时有可能为美国到2050年实现温室气体净零排放的国家目标做出巨大贡献。龙说:“这证明了在生物工程能源已经取得的成功的基础上积累易于转化为生物柴油和生物喷气燃料的油是多么有价值。
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
