生物炼制可持续性提高小说污水处理过程

废水的生物炼制植物转化为燃料的有机材料,不能有效地接受传统的污水系统,使它昂贵的和能源密集型管理。

然而,这些丰富的有机材料是一个尚未开发的化学能量来源,可以回收有价值的产品,包括沼气,清洁可再生燃料。

能源部的研究人员的一项研究先进的生物能源和Bioproducts创新中心(CABBI)发现,恢复资源从废水可以大幅提高第二代生物炼制的经济和环境可持续发展,支持过渡到一个可持续的、植物性生物燃料和Bioproducts行业。CABBI团队设计了一个流程,同时对废水和复苏沼气能源可以产生收入生物炼制,而降低成本和温室气体排放量比传统治疗系统。

工作发表在ACS可持续化学与工程、美国研究人员从所有三个CABBI主题——原料生产、转换和可持续性,发展植物替代石油燃料和化工产品。“植物工厂”模式,他们的目标是生产生物燃料,生化药剂,直接和基础分子植物叶子和茎;开发独特的工具、酵母、加工方法将它们转化为高价值bioproducts,如生物柴油、有机酸、润滑剂、和醇;和评估的经济和生态可持续性CABBI原料,生物燃料和bioproducts,从现场到bioeconomy生物。

废水的研究是由两个CABBI可持续性伊利诺伊大学香槟分校的研究人员:杰里米客人,土木与环境工程副教授(中东欧);和李研究科学家非政府组织研究所的可持续发展,能源和环境(iSEE)。CABBI合作者包括维杰辛格,转换研究员,副主任科技、农业和生物工程教授在伊利诺斯州(安);农学教授和原料生产研究员佛雷迪Altpeter食品和农业科学研究所的佛罗里达大学的。

第二代生物炼制过程芒草、玉米秸秆或其他非食品原料生产生物燃料的潜力和bioproducts更低环境影响比化石燃料或第一代生物炼制,使用玉米和其他可食用的作物。但这些第二代生物炼制仍然面临金融障碍,阻止他们的成功部署在现实世界中。

如果不加以妥善管理,生物炼制可以需要高得惊人的水和产生大量废水流。生产燃料和有价值的生化药剂从植物生物量、生物炼制可以使用10公升的水每升的生物燃料生产,基于CABBI此前的一项研究表明。产生的废水高浓度的有机物——糖,剩余发酵产品,过程的副产品,或其他化学物质——很难重用。

但这些分析通常是基于常规之前,低利率是昂贵的污水处理技术,能源密集型,并需要一个巨大的物理足迹——根据工厂的大小,可以相当于30个足球场或更多。低利率常规治疗系统使用大型有氧反应堆,这对曝气消耗大量的电力,废水中的有机物转化成二氧化碳没有创造有价值的产品。

CABBI团队设计一个高效的anaerobic-dominant废水过程很大程度上消除曝气,节省电力,而注册的新兴技术,包括内部循环和厌氧膜生物反应器来恢复嵌入有机材料作为沼气能源。为他们的设计,他们用实验数据从产生的废水处理的甘蔗和oilcane培养CABBI Altpeter小组的原料燃料项目。过程提取植物的精油,然后从植物糖通过酵母发酵生成乙醇。辛格集团提供了发酵肉汤,乙醇提取后,从智利天主教大学和合作者决定多少甲烷可能产生真正的样本。

使用开源软件BioSTEAM,然后研究人员模拟集成新的污水处理过程分为七个生物设计,涵盖了广泛的饲料和生物燃料/ bioproducts。通过技术经济分析和生命周期评估(TEA-LCA)启用BioSTEAM,他们发现新工艺可以大大减少生物炼制的资本成本和能耗,改善他们的财务可行性和减少对环境的影响。

过程可以有效地转化为沼气生物炼油厂废水中有机污染物,同时实现能量回收和废水处理。这将减少能源消耗、运营成本和温室气体排放量比传统治疗系统。

“通过适当的管理过程,废水可以是一个潜在的收入来源生物炼制同时提高生物燃料的环境可持续性和bioproducts,”李说。

污水处理过程设计的在这个研究可以大大提高第二代生物炼制的财务可行性,同时减少对环境的影响,从而导致社会的过渡到一个圆形bioeconomy CABBI的使命来支持一个可行的,可持续的国内生物燃料和bioproducts行业使用植物生物量。

参考:李Y, Kontos GA,卡布瑞拉DV,等。设计一个高效的污水处理过程的能源和水在生物炼制复苏。ACS可持续化学英格。2023;11 (9):3861 - 3872。doi:10.1021 / acssuschemeng.2c07139

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