Bioconversion de la biomasse en carburants alcoolisés mixtes - Bioconversion of biomass to mixed alcohol fuels
La bioconversion de la biomasse en carburants à alcool mixte peut être réalisée en utilisant le procédé MixAlco. Grâce à la bioconversion de la biomasse en carburant à alcool mixte , plus d'énergie de la biomasse finira sous forme de combustibles liquides que dans la conversion de la biomasse en éthanol par fermentation de levure .
Le processus implique une méthode biologique / chimique pour convertir tout matériau biodégradable (par exemple, les déchets urbains, tels que les déchets solides municipaux , les déchets biodégradables et les boues d'épuration , les résidus agricoles tels que la canne de maïs , la bagasse de canne à sucre , les déchets d' égrenage de coton , le fumier ) en les produits chimiques, tels que les acides carboxyliques (par exemple, l' acide acétique , propionique , butyrique ), les cétones (par exemple, l'acétone, la méthyléthylcétone , la diéthylcétone ) et les biocarburants , comme un mélange d'alcools primaires (par exemple, l'éthanol, le propanol , le n- butanol ) et / ou un mélange d'alcools secondaires (par exemple, isopropanol , 2-butanol , 3-pentanol). En raison des nombreux produits qui peuvent être produits de manière économique, ce procédé est une véritable bioraffinerie .
Le processus utilise une culture mixte de micro-organismes naturels trouvés dans les habitats naturels tels que le rumen des bovins, les intestins de termites et les marécages marins et terrestres pour digérer de manière anaérobie la biomasse en un mélange d'acides carboxyliques produits pendant les étapes acidogènes et acétogéniques de la digestion anaérobie , cependant avec l'inhibition de l' étape finale méthanogène . Les méthodes les plus populaires de production d'éthanol et d'éthanol cellulosique utilisent des enzymes qui doivent d'abord être isolées pour être ajoutées à la biomasse et ainsi convertir l'amidon ou la cellulose en sucres simples, puis la fermentation de la levure en éthanol. Ce processus ne nécessite pas l'ajout de telles enzymes car ces micro-organismes fabriquent les leurs.
Comme les microorganismes digèrent la biomasse de manière anaérobie et la transforment en un mélange d'acides carboxyliques, le pH doit être contrôlé. Ceci est réalisé par l'addition d'un agent tampon (par exemple, bicarbonate d'ammonium , carbonate de calcium ), donnant ainsi un mélange de sels de carboxylate . La méthanogenèse , étant l'étape finale naturelle de la digestion anaérobie, est inhibée par la présence des ions ammonium ou par l'ajout d'un inhibiteur (par exemple, l' iodoforme ). Le bouillon de fermentation résultant contient les sels de carboxylate produits qui doivent être déshydratés. Ceci est réalisé efficacement par évaporation par compression de vapeur . Un raffinage chimique supplémentaire du bouillon de fermentation déshydraté peut alors avoir lieu en fonction du produit chimique ou biocarburant final souhaité.
L'eau distillée condensée du système d'évaporation par compression de vapeur est recyclée vers la fermentation. D'autre part, si des eaux usées brutes ou d'autres eaux usées avec une DBO élevée nécessitant un traitement sont utilisées comme eau pour la fermentation, l'eau distillée condensée de l'évaporation peut être recyclée vers la ville ou vers la source d'origine du haut -Eaux usées DBO. Ainsi, ce procédé peut également servir d' installation de traitement de l'eau , tout en produisant des produits chimiques ou des biocarburants précieux.
Parce que le système utilise une culture mixte de micro-organismes, en plus de ne nécessiter aucune addition d'enzyme, la fermentation ne nécessite aucune stérilité ou conditions aseptiques, ce qui rend cette étape avant du processus plus économique que dans les méthodes plus populaires de production d'éthanol cellulosique. Ces économies en amont du processus, où les volumes sont importants, permettent une flexibilité pour d'autres transformations chimiques après la déshydratation, lorsque les volumes sont petits.
Acides carboxyliques
Les acides carboxyliques peuvent être régénérés à partir des sels de carboxylate en utilisant un processus connu sous le nom de "formation de source d'acide". Ce procédé utilise une amine tertiaire de haut poids moléculaire (par exemple, trioctylamine), qui est commutée avec le cation (par exemple, ammonium ou calcium). Le carboxylate d'amine résultant peut ensuite être décomposé thermiquement en l'amine elle-même, qui est recyclée, et l' acide carboxylique correspondant . De cette manière, en théorie, aucun produit chimique n'est consommé ni aucun déchet produit au cours de cette étape.
Cétones
Il existe deux méthodes pour fabriquer des cétones. Le premier consiste à transformer thermiquement les sels de carboxylate de calcium en cétones correspondantes. C'était une méthode courante pour fabriquer de l'acétone à partir d' acétate de calcium pendant la Première Guerre mondiale . L'autre méthode de fabrication de cétones consiste à convertir les acides carboxyliques vaporisés sur un lit catalytique d' oxyde de zirconium .
Alcools
Alcools primaires
Le résidu non digéré de la fermentation peut être utilisé dans la gazéification pour produire de l' hydrogène (H 2 ). Cette H 2 peut ensuite être utilisé pour hydrogenolyze les esters sur un catalyseur (par exemple, le chromite de cuivre), qui sont produits par estérification d'une ou l' autre des sels de carboxylate d'ammonium (par exemple, l' acétate d'ammonium , propionate, butyrate) ou les acides carboxyliques (par exemple, l' acide acétique, acide propionique, butyrique) avec un alcool de poids moléculaire élevé (par exemple, hexanol , heptanol ). A partir de l'hydrogénolyse, les produits finaux sont l'alcool de poids moléculaire élevé, qui est recyclé vers l' estérification , et les alcools primaires correspondants (par exemple, l'éthanol, le propanol, le butanol).
Alcools secondaires
Les alcools secondaires (par exemple, isopropanol, 2-butanol, 3-pentanol) sont obtenus en hydrogénant sur un catalyseur (par exemple, nickel de Raney) les cétones correspondantes (par exemple, acétone, méthyléthylcétone, diéthylcétone).
Biocarburants de remplacement
Les alcools primaires ou secondaires obtenus comme décrit ci-dessus peuvent subir une conversion en biocarburants de type « drop-in» , carburants compatibles avec l'infrastructure actuelle des carburants fossiles tels que le biogasoline , le diesel vert et le biocarburant. Ceci est réalisé en soumettant les alcools à une déshydratation suivie d'une oligomérisation en utilisant des catalyseurs zéolithiques d' une manière similaire au procédé methanex , qui utilisé pour produire de l'essence à partir de méthanol en Nouvelle-Zélande.
Acide acétique contre éthanol
Les usines de fabrication d'éthanol cellulosique sont vouées à être des exportateurs nets d'électricité car une grande partie de la biomasse lignocellulosique , à savoir la lignine , reste non digérée et doit être brûlée, produisant ainsi de l'électricité pour l'usine et un excédent d'électricité pour le réseau. Au fur et à mesure que le marché se développe et que cette technologie se généralise, le couplage des marchés du carburant liquide et de l' électricité deviendra de plus en plus difficile.
L'acide acétique, contrairement à l'éthanol, est produit biologiquement à partir de sucres simples sans production de dioxyde de carbone :
De ce fait, en masse, les rendements seront plus élevés que dans la fermentation à l'éthanol. Si alors, le résidu non digéré (principalement la lignine) est utilisé pour produire de l'hydrogène par gazéification, il est garanti que plus d'énergie provenant de la biomasse finira par devenir des combustibles liquides plutôt qu'un excès de chaleur / électricité.
Une description plus complète de l'économie de chacun des carburants est donnée sur les pages carburant alcool et carburant éthanol , plus d'informations sur l'économie des différents systèmes peuvent être trouvées sur la page centrale biocarburant .
Stade de développement
Le système est en développement depuis 1991, passant de l'échelle laboratoire (10 g / jour) à l'échelle pilote (200 lb / jour) en 2001. Une petite usine de démonstration (5 tonnes / jour) a été construite et est en exploitation et une usine de démonstration de 220 tonnes / jour est prévue en 2012.