Günstiges Ethanol aus Reifen und Müll

Gestern bei der North American International Auto Show in Detroit, General Motors kündigte eine Partnerschaft mit . an Koskata of Warrenville, IL, ein neues Unternehmen, das behauptet, Ethanol aus Holzspänen, Gras und Müll – einschließlich alter Reifen – für einen Dollar pro Gallone herstellen zu können. Das ist deutlich weniger, als es kostet, den Biokraftstoff aus Maiskorn herzustellen, aus dem fast das gesamte in den USA hergestellte Ethanol stammt.



Technologie in 10 Jahren

Kraftstofffasern: Ein Bündel von Hohlfasern ist das Herzstück eines neuen Verfahrens zur Herstellung von Ethanol aus anderen Quellen als Mais. Organische Materialien werden erhitzt, um eine Mischung aus Wasserstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid zu bilden. Im Betrieb des abgebildeten Bioreaktors strömen die Gase durch das Zentrum der Fasern und ernähren die außen wachsenden Bakterien. Die Bakterien wandeln die Gase in Ethanol um.

Die Führungskräfte von Coskata, die bis zur Ankündigung die Existenz und Technologie des Unternehmens unter Verschluss gehalten hatten, sagen, dass sie einen hybriden Ansatz entwickelt haben, der sowohl thermochemische als auch biologische Prozesse zur Herstellung von Ethanol umfasst. Bisher konzentrierten sich die meisten Forscher auf die Entwicklung entweder thermochemischer oder biologischer Methoden. Coskata sagt, dass seine Technologie nicht nur billiger als andere in der Entwicklung befindliche Ethanol-Produktionsverfahren ist, sondern auch weniger Energie und Wasser verbraucht.





GM wird Coskata finanzielle, technische und Marketingunterstützung zukommen lassen, um es dabei zu unterstützen, seinen Prozess zu vergrößern, der bisher nur im Labormaßstab demonstriert wurde. Coskata stellt eine Ethanolproduktionsanlage im Pilotmaßstab fertig und wird im Laufe dieses Jahres Standorte für eine Anlage mit einer Kapazität von 40.000 Gallonen pro Jahr und eine Anlage im kommerziellen Maßstab mit einer Kapazität von 100 Millionen Gallonen pro Jahr bekannt geben.

Coskata schließt sich einer Reihe anderer Unternehmen an, die nach Möglichkeiten suchen, Biokraftstoffe aus alternativen Quellen herzustellen. Ein neues Bundesmandat, das Ende letzten Monats in Kraft trat, fordert die Produktion von 36 Milliarden Gallonen Biokraftstoffen bis 2022; davon sollen 21 Milliarden Gallonen aus anderen Quellen als Maiskorn stammen. Bisher wurde jedoch die Technologie zur Herstellung von Ethanol aus solchen Rohstoffen nicht kommerziell bewiesen.

Der Coskata-Prozess beginnt mit der Vergasung, einer bekannten Technologie, bei der eine Vielzahl organischer Materialien erhitzt wird, bis sich ihre Bestandteile auflösen und Synthesegas bilden, ein Gemisch aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Anstatt chemische Katalysatoren zu verwenden, um das Synthesegas in verschiedene Alkohole umzuwandeln, wie dies bei herkömmlichen Verfahren der Fall ist (siehe Bahnbrechende Grundlagen für Zellulose-Ethanol), verwendet Coskata neue Bakterienstämme, um es in Ethanol umzuwandeln. Da Ethanol das einzige Produkt ist, erzielt die Technik eine bessere Gesamtausbeute als katalytische Verfahren. Bakterien sind in mancher Hinsicht auch einfacher zu handhaben als Katalysatoren. Zum Beispiel sind sie nicht so spezifisch in Bezug auf das Verhältnis von Gasen im Synthesegas. Theoretisch ist es möglich, unseren Organismus ausschließlich mit Kohlenmonoxid zu ernähren und daraus Ethanol herzustellen, sagt Richard Tobey, Vizepräsident für Forschung und Entwicklung und Technik bei Coskata. Das ist mit den katalytischen Ansätzen nicht möglich.



Das Hybridsystem macht es praktisch, eine Alternative zum herkömmlichen Destillationsschritt zu verwenden, der bei der Ethanolherstellung verwendet wird; die Coskata-Version verbraucht nur halb so viel Energie. Bei diesem alternativen Verfahren, das als Dampfpermeation bezeichnet wird, passieren Wasser und Ethanoldampf eine röhrenförmige Membran. Am Ende wurde fast das gesamte Wasser entfernt und es bleibt Ethanol mit einer Reinheit von 99,7 Prozent zurück. Gewöhnliche Fermentationsprozesse produzieren eine Brühe aus Wasser und Ethanol voller verarbeiteter Biomasse, die eine solche Membran verstopfen würde.

Mindestens ein anderes Unternehmen hat einen hybriden Ansatz zur Herstellung von Ethanol ausprobiert: Das Biokraftstoffunternehmen BRI Energy hat ähnliche Bakterien gefunden, die Synthesegas verarbeiten können. Andy Aden, ein leitender Forscher, der Zellulose-Ethanol am National Renewable Energy Laboratory in Golden (CO) untersucht, sagt jedoch, dass ein Problem bei solchen Ansätzen darin besteht, dass es schwierig war, das Synthesegas für die Bakterien zugänglich zu machen, da sich Synthesegas nicht leicht in Wasser auflöst . Coskata hat dieses Problem mit einem neuen Bioreaktordesign angegangen, bei dem Bakterien in dichten Biofilmen auf der Außenseite von Hohlfasern wachsen. Syngas wird durch das Innere dieser Fasern gepumpt und diffundiert durch sie direkt in den Biofilm. Aden sagt, dass der Biofilm-Ansatz vielversprechend klingt, warnt jedoch davor, dass solche Systeme nur schwer auf den kommerziellen Maßstab hochskaliert werden können.

Weltprobleme, die gelöst werden können

Während Coskata sagt, dass sein Verfahren mit einer sehr breiten Palette von Rohstoffen arbeiten kann, könnte es in der Praxis für bestimmte Materialien am besten geeignet sein. Ich denke, dass es für holzige Materialien sehr gut funktionieren wird und vielleicht fast einzigartig gut für Siedlungsabfälle und einige dieser anderen kohlenstoffreichen Abfälle wie Reifen, sagt Bruce Dale, Professor für Chemieingenieurwesen und Materialwissenschaften an der Michigan State University. Aber er sagt, dass biologische Ansätze mit Rohstoffen wie Rutenhirse besser funktionieren könnten.

Bisher stellt das Unternehmen nur wenige Tropfen auf einmal Ethanol her. Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens im kommerziellen Maßstab hängt von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich der Kosten des Einsatzmaterials und ob das System in größeren Bioreaktoren gut funktioniert.



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