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Etanolo più efficiente dal punto di vista energetico
La produzione di etanolo da mais è un processo ad alta intensità energetica, che richiede combustibili fossili per coltivare e raccogliere mais e per alimentare l'impianto di produzione. Per rendere il processo più efficiente dal punto di vista energetico, i ricercatori della Washington University propongono di prendere in prestito un processo utilizzato nei birrifici e negli impianti di trattamento delle acque reflue: vasche senza ossigeno di batteri che si nutrono naturalmente dei rifiuti organici prodotti dal processo di fermentazione.
Quando i batteri distruggono i rifiuti, rilasciano metano, che può essere incanalato indietro attraverso il sistema per alimentare una pianta. Il processo richiede poca energia aggiuntiva per funzionare e può ridurre ulteriormente i costi energetici producendo la propria energia. Largus Angenent, professore di ingegneria chimica, e il suo team alla Washington University hanno testato la digestione anaerobica sui rifiuti degli impianti di etanolo e hanno scoperto che il processo potrebbe ridurre del 50% l'uso di gas naturale da parte di un impianto di etanolo. Il team ha pubblicato i risultati nel recente numero della rivista Scienze e tecnologie ambientali .
Agenent afferma che il processo servirebbe come soluzione a breve termine fino a quando un biocarburante più efficiente, come l'etanolo cellulosico, non sarà commercialmente praticabile. Piuttosto che sperare in una nuova tecnologia che si concretizzi in 10 o 20 anni, abbiamo bisogno di una tecnologia che possiamo implementare ora, afferma agente , che recentemente è diventato assistente professore di ingegneria biologica e ambientale presso la Cornell University. Questo è un processo intermedio, ed è fuori dagli schemi.
Quasi tutto il biocarburante a base di etanolo negli Stati Uniti è prodotto dal mais. Tipicamente, la produzione di etanolo produce rifiuti organici che vengono poi consolidati in due parti: una sostanza secca simile a una torta e una soluzione sciropposa, chiamata stillage sottile, che viene stratificata sopra. La miscela viene utilizzata come mangime per animali. Agenent afferma che una grande porzione di questo mangime, in particolare il distillato sottile, che è carico di sali, fornisce un basso valore nutritivo ma può avere un alto potenziale energetico per alimentare una pianta quando viene scomposta tramite digestione anaerobica.
Per testare questa teoria, i ricercatori hanno coltivato batteri termofili da un impianto di trattamento delle acque reflue in due piccoli digestori anaerobici da cinque litri. Agenent e i suoi colleghi hanno quindi iniziato lentamente ad alimentare i campioni di rifiuti nei digestori, che sono stati mantenuti a 55 ° C per massimizzare l'attività dei batteri. Mentre i digestori funzionavano, il team ha misurato la quantità di metano rilasciato.
Tuttavia, i test iniziali hanno scoperto che il processo produceva pochissimo metano. Agenent immaginò che al sistema potesse mancare un ingrediente essenziale, ma non era sicuro di cosa potesse essere. Quindi il team ha scavato nella letteratura scientifica e ha scoperto che i batteri che producono metano richiedono alcuni oligoelementi per avviare il processo, in particolare il cobalto.
Quando Agenent ha aggiunto il cobalto al mix, ricorda, è stato incredibile. Durante la notte, il processo è stato recuperato. Nei test di laboratorio, la produzione media ha prodotto un quarto di litro di metano per grammo di rifiuti immessi nel digestore. Agenent calcola che questo numero, scalato ai tassi di produzione industriale, ridurrebbe del 50% la quantità di gas naturale necessaria per alimentare un impianto di etanolo.
In un studio del 2006 , i ricercatori dell'Università del Minnesota hanno calcolato la quantità totale di energia utilizzata nella produzione di etanolo, da quanto costa costruire e far funzionare i trattori a quanto costa alimentare un impianto di biocarburanti. Hanno scoperto che l'etanolo fornisce uno scarso 26% di energia in più rispetto a quella utilizzata per produrlo.
Quando Agenent ha inserito i risultati del suo processo nel modello del Minnesota, ha scoperto che la produzione di energia era aumentata fino al 70%, il che significa che la digestione anaerobica aumenta significativamente il valore energetico del biocarburante a base di etanolo. Agenent afferma che la percentuale potrebbe cambiare leggermente in uno scenario di vita reale se gli impianti di etanolo scelgono di installare digestori anaerobici.
Se si inserisce un digestore, si ha molto liquido che deve essere riciclato nel sistema e ciò creerebbe cambiamenti in tutto l'impianto, afferma Agenent. Quindi qualcuno dovrà fare uno studio per scoprire cosa sia realmente quel bilancio energetico netto.
Douglas Tiffany , un ricercatore dell'Università del Minnesota e coautore dello studio del 2006, afferma che l'utilizzo di digestori anaerobici negli impianti di etanolo può essere una sfida, poiché richiede esperienza per mantenere una comunità batterica stabile ad alte temperature ed evitare arresti anomali del sistema. Tuttavia, se questi problemi vengono risolti, dice Tiffany, il processo potrebbe migliorare l'energia dell'etanolo e il potenziale ambientale.
Possiamo migliorare drasticamente questi impianti di mais-etanolo esistenti e ridurre i gas serra molto più di quanto non facciano oggi, afferma Tiffany. Questo processo è interessante perché è un approccio a basso consumo energetico e a basso capitale. Alcuni [produttori di etanolo] impiegheranno il loro collo per provarlo, ma una volta che si verifica in un certo numero di impianti, dovrebbe funzionare abbastanza bene.