Введение
Биоконверсия биомассы в смешанное спиртовое топливо может быть осуществлена с использованием процесса MixAlco. Благодаря биоконверсии биомассы в смешанное алкогольное топливо, больше энергии из биомассы будет использоваться в качестве жидкого топлива, чем при преобразовании биомассы в этанол путем ферментации дрожжей. Процесс включает в себя биологический/химический метод преобразования любого биоразлагаемого материала (например, городских отходов, таких как твердые коммунальные отходы, биоразлагаемые отходы и сточные шламы, сельскохозяйственные отходы, такие как кукурузный печь, сахарная тростниковая багаса, отходы хлопковой машины, навоза) в полезные химические вещества, такие как карбоксиловые кислоты (например, уксусная, пропионовая, масляная кислота), кетоны (например, ацетон, метилэтилкетолон, диэтилкетон) и биотопливо, такие как смесь первичных спиртов (например, этанол, пропанол, нбутанол) и/или смесь вторичных спиртов (например, изопанол, 2бутанол, 3 пентанол). Благодаря многочисленным продуктам, которые можно производить с экономической точки зрения, этот процесс является настоящей биологической нефтепереработкой. В процессе используется смешанная культура естественных микроорганизмов, встречающихся в естественных средах обитания, таких как румен крупного рогатого скота, кишки термитов и морские и наземные болота, для анаэробного переваривания биомассы в смесь карбоновых кислот, полученных во время кислотогенной и ацетогенной стадий анаэробного переваривания, однако с ингибированием метаногенной конечной стадии. Более популярные методы производства этанола и целлюлозного этанола используют ферменты, которые сначала должны быть изолированы, чтобы быть добавлены в биомассу и, таким образом, превратить крахмал или целлюлозу в простые сахара, а затем ферментацию дрожжей в этанол. Этот процесс не требует добавления таких ферментов, поскольку эти микроорганизмы сами их производят. Поскольку микроорганизмы анаэробным путем переваривают биомассу и преобразуют ее в смесь карбоновых кислот, необходимо контролировать pH. Это делается путем добавления буферного агента (например, бикарбоната аммония, карбоната кальция), таким образом получая смесь карбоксилатных солей. Метаногенез, являющийся естественной конечной стадией анаэробного пищеварения, ингибируется наличием ионов аммония или добавлением ингибитора (например, йодоформа). Полученный отвар ферментации содержит полученные карбоксилатные соли, которые должны быть обезвожены. Это достигается эффективно с помощью испарения с помощью сжатия пара. Дальнейшая химическая переработка обезвоженного ферментационного бульона может затем проводиться в зависимости от желаемого конечного химического продукта или биотоплива. Конденсированная дистиллированная вода из системы испарения сжатия пара перерабатывается обратно в ферментацию. С другой стороны, если в качестве воды для ферментации используются необработанные сточные воды или другие сточные воды с высоким уровнем BOD, требующие очистки, конденсированная дистиллированная вода от испарения может быть переработана обратно в город или в исходный источник сточных вод с высоким уровнем BOD. Таким образом, этот процесс может также служить очистным сооружением для воды, одновременно производя ценные химические вещества или биотопливо. Поскольку система использует смешанную культуру микроорганизмов, помимо того, что ферментация не требует добавления ферментов, ферментация не требует стерильности или асептических условий, что делает этот первый шаг в процессе более экономичным, чем в более популярных методах производства целлюлозного этанола. Эти экономии на переднем конце процесса, где объемы большие, позволяют гибкость для дальнейших химических преобразований после обезвоживания, где объемы малы.
Карбоновые кислоты
Карбоновые кислоты могут быть регенерированы из солей карбоксилата с использованием процесса, известного как "кислотное пробуждение". В этом процессе используется высокомолекулярный третичный амины (например, триоктиламин), который переключается с катиона (например, аммония или кальция). Полученный карбоксилат амина может быть термически разложен на сам амин, который перерабатывается, и соответствующую карбоновую кислоту. Таким образом, теоретически, никакие химические вещества не потребляются или отходы не образуются во время этого шага.
Кетоны
Существует два способа получения кетонов. Первый из них заключается в термическом преобразовании солей карбоксилата кальция в соответствующие кетоны. Это был распространенный метод получения ацетона из ацетата кальция во время Первой мировой войны. Другой способ получения кетонов заключается в преобразовании испаренных карбоновых кислот на каталитическом слое оксида циркония.
Первичные спирты
Непереварившийся остаток ферментации может быть использован при газификации для получения водорода (H2). Этот H2 затем может быть использован для гидрогенолиза эфиров через катализатор (например, медной хромит), которые получаются путем этерификации либо карбоксилатных солей аммония (например, ацетат аммония, пропионат, бутират) или карбоксиловых кислот (например, уксусная, пропионовая, масляная кислота) с высокомолекулярным спиртом (например, гексанолом, гептанолом). Из гидрогенализа, конечными продуктами являются высокомолекулярный спирт, который перерабатывается обратно в этерификацию, и соответствующие первичные спирты (например, этанол, пропанол, бутанол).
Вторичные спирты
Вторичные спирты (например, изопропанол, 2-бутанол, 3-пентанол) получают путем гидрогенирования над катализатором (например, никель Рэйни) соответствующих кетонов (например, ацетон, метилэтилкетон, диетилкетон).
Биотопливо для удаления
Первичные или вторичные спирты, полученные в соответствии с вышеописанным, могут быть преобразованы в биотопливо, которое совместимо с существующей инфраструктурой ископаемого топлива, такой как биогазолин, зеленый дизельный топливный и биотопливо для реактивных самолетов. Это делается путем подвержения спиртов обезвоживанию, за которым следует олигомеризация с использованием цеолитовых катализаторов, аналогично процессу метанекса, который использовался для производства бензина из метанола в Новой Зеландии.
Стадия развития
Система разрабатывается с 1991 года, переходя из лабораторного масштаба (10 г/сутки) в пилотный масштаб (200 фунтов/сутки) в 2001 году. Построен и в эксплуатации находится небольшой демонстрационный завод (5 тонн в день), а в 2012 году ожидается демонстрационный завод 220 тонн в день.