Biyoetanol prosesinde entegre proses; Optimizasyon amacıyla lignoselüloz biyokütlesinden biyoetanol üretim süreçlerinde bir veya daha fazla işlemin birleştirilmesini içerir, bu da daha yüksek verim ve minimum üretim maliyeti sağlar. Bir IP örneği, ürünlerin hem reaksiyonunun hem de ayrılmasının aynı anda gerçekleştiği membran reaktörüdür. Hidroliz ve fermantasyon işlemleri, ayrı hidroliz, fermantasyon (SHF) ve eşzamanlı sakarifikasyon ve fermantasyon (SSF) olarak birleştirilebilir. SHF, sitoplazmik sıcaklığı düşürme fırsatı sağlar ve Saccharomyces cerevisiae, her işlemin verimli çalışması için ayrı ayrı kontrol edilmelidir. SHF’yi 45–55 °C’lik optimum sıcaklıklarda ve selülaz için 32 °C’nin altında çalıştırmak, ayrı hidroliz ve birlikte fermantasyon (SHCF) olarak bilinen bir yönteme yol açan tek adımlı bir süreçte sakkaritleri, pentoz ve heksoz şekerleri fermente etmek için uygundur. Koşullar sağlar.
Enzimatik hidrolizin bir dezavantajı, üretilen yüksek glukoz konsantrasyonunun neden olduğu selülazın inhibisyonudur. Bu zorluk, enzim konsantrasyonu arttırılarak veya SSF kullanılarak çözülebilir. SSF, enzimatik hidrolizden elde edilen glikozun aynı reaktörde fermantasyon yoluyla doğrudan etanole dönüştürülmesine izin verir. Bazı araştırmacılar, SSF işleminin eşzamanlı olmaktan çok sıralı olduğunu ve bu nedenle birlikte fermantasyonla (SCCF) birleştirilmiş çatlamanın kullanıldığını savundu. SSF, enzim üretiminin sürece entegre edilmesiyle Standardize Biyoprosesleme (CBP) olarak bilinen bir teknolojiye dayalı olarak daha da geliştirilmiştir, ayrıca enzim üretimi, hidroliz ve fermantasyon tek bir ünitededir.
Biyoetanol üretiminde etanol geri kazanım süreci
Monosakkaritlerin fermantasyonunu genellikle fermantasyon et suyundan etanolün geri kazanımı takip eder. Genel olarak, et suyunun su içeriği hacimce yaklaşık %0.5’e düşürülür ve hacimce en az %99.5 susuz etanol elde edilir. Bu işlem, etanol-su çözeltisinin azeotropik doğası ile sınırlıdır ve çözeltinin bileşenlerinin kaynama noktalarındaki farktan yararlanılarak damıtma ilkesi temelinde gerçekleştirilebilir. Bir azeotropik çözelti sorunu, orijinal bileşenin nispi uçuculuğunu değiştiren bir salma maddesi kullanılarak aşılır. Fermantasyon et suyundan saf etanol elde etmek için kullanılan teknikler vardır. Bu teknolojilerden bazıları şu şekildedir:
adsorpsiyon damıtma,
• izotropik damıtma,
• difüzyon damıtma,
ekstraktif damıtma,
Vakumla damıtma,
Membran damıtma,
kimyasal dehidrasyon,
Geleneksel teknikler arasında azeotropik damıtma, sıvı-sıvı ekstraksiyonu ve ekstraktif damıtma yer alır. Ekstraktif damıtma, büyük ölçekli işlemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle daha düşük enerji gereksinimlerinden dolayı gelecekte kullanılmak üzere ilgi duyulan diğer teknolojiler buharlaştırma ve tuz damıtmadır.
Biyoetanol üretiminde yaşam döngüsü değerlendirmesi (LCA)
Bu değerlendirme genellikle farklı ham maddeler kullanılarak biyoetanol üretiminin çevresel etkisini ölçmek için yapılır. Yaşam döngüsü değerlendirme aracı, süreç tasarımı sırasında potansiyel etkilerin belirlenmesine ve ölçeği büyütmeden önce süreci iyileştirmeye yönelik kararlar alınmasına yardımcı olur. Yaşam döngüsü değerlendirme metodolojisi, hedef ve kapsam tanımı, yaşam döngüsü envanter analizi (LCIA), etki değerlendirmesi ve sonuçların yorumlanması dahil olmak üzere dört ana aşamadan oluşur.
HBED, etki kategorilerine ve gösterge seçimine bağlı olarak CML 2002, Eco-Indicator 99, ReCiPe, LIME, Lucas ve TRACI gibi metodolojiler kullanılarak yürütülebilir. Farklı lignoselülozik hammaddelerden elde edilen biyoetanol ve benzeri kimyasal ürünlerin çevresel etkileri üzerine birçok çalışma yapılmıştır. Biyoetanolün sera gazı emisyonlarını ve küresel ısınma potansiyelini önemli ölçüde azaltma potansiyeline sahip olduğunu, dolayısıyla ozon tabakasının korunmasını kolaylaştırdığını göstermektedir.
Biyoetanol Üretiminde Teknik Ekonomik Analiz (TEA)
TEA, biyoetanol üretimi ile ilgili farklı süreçlerin ekonomik fizibilitesini değerlendirmek için kullanılan etkili bir araçtır. Bu analiz, genel olarak en iyi yöntemi seçme hedefiyle, biyoetanol üretimine yol açan farklı işlem yöntemlerinin teknik ve ekonomik verimliliklerini değerlendirme fırsatı sunar. Analizin teknik yönü, bir süreç akış şemasının geliştirilmesini ve Aspen Plus ve SuperPro gibi simülasyon yazılımları kullanılarak titiz malzeme ve enerji dengeleme hesaplamalarını içerir. Ekonomik yön, sermaye ve proje maliyetlerinin tahmin edilmesini, indirgenmiş nakit akışlarını ve minimum etanol satış fiyatının (MESP) belirlenmesini içerir. Bu, Aspen Ekonomik Değerlendirme Paketi (Aspen Technology, Inc., ABD) kullanılarak gerçekleştirilebilir.
MESP, operasyonlar arasındaki teknoloji farklılıklarını karşılaştırmak, ekonomik veya süreç performansının iyileştirilmesi gereken yerleri belirlemeye yardımcı olan hassasiyet analizleri yapmak için kullanılabilir. Birkaç araştırmacı, hammadde olarak lignoselüloz kullanarak biyoetanol üretiminin teknik ekonomik analizini inceledi. Örneğin, Quintero ve diğerleri gibi birçok araştırmacı sırasıyla süreç simülasyonu ve ekonomik analiz için Aspen Plus ve Aspen Process Economic Analyzer’ı kullanmıştır. Sonuçlar, değerlendirilen dört biyokütle dikkate alındığında, boş meyve kümelerinden biyoetanol üretme maliyetinin en düşük (0,49 USD/L) olduğunu gösterdi.
Biyoetanol üretiminde ekserji analizi
Ekserji, referans ortamla dengede kütle veya enerji akışı sağlandığında elde edilebilecek maksimum iş miktarıdır. Bu analiz bazı konularda yardımcı olur ve bu konular aşağıdaki gibidir:
• Gerçek termodinamik kayıpların yerini, kaynağını ve büyüklüğünü belirleme,
Sistem performansını azaltan her işlem adımındaki enerji kayıplarını belirlemek ve üretimi en üst düzeye çıkarmak için en verimli yolu belirlemek için farklı işlem yapılandırmalarını karşılaştırın,
Ekserji analizi, doğal kaynakların tükenmesinin yanı sıra tüm çevresel sorunların hesaba katılmasına yardımcı olan bir Aktif Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi (ELCA) oluşturmak için Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi (LCA) ile birleştirilebilir. Bu, malzeme ve enerjinin kapalı dengelerini içerirken, bu işlem sırasında enerjinin yok edilmesini sınırlayarak başarılabilir.
Biyokütleden biyoetanol üretiminde proses performansını değerlendirmek için ekserji araçlarının uygulanması alanında araştırmacılar tarafından çeşitli çalışmalar yapılmıştır. Hurtado ve ekibi, ham madde olarak pirinç kabuğu kullanan biyoetanol üretim süreçlerinin verimliliğini değerlendirmek için ekserji analizi kullandı. Süreci simüle etmek için Aspen Plus yazılımı kullanıldı ve ekserji analizi sonuçları, aşama en düşük enerji verimliliğini ve en yüksek tersinmezliği sağladığı için işleme adımının ya kütle ya da enerji optimizasyonu gerektirdiğini gösterdi.
Biyoetanol üretiminde proses simülasyonu
Bu, bir simülasyon programında kimyasal, fiziksel, biyolojik ve diğer teknik süreçlerin ve birim işlemlerin resimsel bir temsilidir. Program, aşağıdaki gibi bazı sorunları çözmeye yardımcı olur:
• Çevre dostu ve güvenli süreçlerin tasarımında,
• Sermaye ve işletme maliyetlerinin düşürülmesi,
Verimli biyoyakıt süreçlerini modellemek için gereken işlevsellik ve esnekliği sağlamak,
• iyileştirilmiş ısı geri kazanım süreçleri,
• verilerin uzlaştırılmasında,
• Çalışma koşullarını kontrol ederken,
Bir biyoyakıt prosesinin etkin ve optimize edilmiş proses tasarımı, yasal uyumluluk ve operasyonel analizi,
Simülasyon yazılımı ile mühendisler, gerçek dünyadaki süreç testleriyle ilişkili masraf ve zaman gecikmelerinden kaçınarak sanal olarak çalışabilirler. Biyoetanol üretimini simüle etmek için kullanılan simülasyon yazılımı örnekleri arasında Aspen plus, Chemcad, Prosimplus, Hysys ve PRO/II yer alır. Biyorafineride en yaygın kullanılan program Aspen plus’tır. Lignoselülozik biyokütleden biyoetanol üretimini simüle etmek, birkaç birim işlemin birbirine bağlanmasını gerektirir ve buna ön arıtma, hidroliz, fermantasyon ve damıtma dahildir.
Peraltaz ve ekibi, artık mikroalg biyokütlesini hammadde olarak kullanarak biyoetanol üretim sürecini simüle ederek bunu başardı. Bu araştırmacılar, üç teknolojiden en verimli yolu değerlendirdiler: eş zamanlı parçalama ve ortak fermantasyon (SSCF), eş zamanlı fermantasyon ve fermantasyon (SSF) ve en yüksek biyoetanol verimiyle sonuçlanan asit hidrolizi (SHF) ile ayrı sakarifikasyon ve fermantasyon. Simülasyonlar Aspen Plus 7.1 kullanılarak gerçekleştirilmiş ve sonuçlar SSCF’nin %23,6 ile en yüksek verimi, SHF’nin ise %18,5 ile en düşük verimi verdiğini göstermiştir. Bu sonuçlarla enzimatik tekniklerin biyoetanol mikroalgi üretmek için kullanılabileceği sonucuna varmışlardır.
kaynak:
link.springer.com/article/10.1007/s42452-020-03471-x
pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24337249/
mdpi.com/2227-9717/9/2/206
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]
İlk Yorumu Siz Yapın