Ein neuartiges Bioraffinerieverfahren mit Stoff- und Energiekreislauf durch Wiederverwendung von Nebenprodukten

Das Forschungsteam der Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) hat ein neuartiges Recyclingverfahren zur Herstellung von aus Biomasse gewonnenen Chemikalien entworfen und entwickelt, indem die Nebenprodukte des Zielprodukts wiederverwendet werden. In dieser Studie demonstrierte das Forschungsteam durch numerische Simulationen einen sich selbst erhaltenden Prozess, der den Einsatz externer Hilfsmittel im chemischen Prozess minimiert.

Diese Errungenschaft hat erheblich zur Energieeinsparung beigetragen, indem Nebenprodukte, die im konventionellen Prozess entsorgt wurden, im chemischen Prozess wiederverwendet werden, um die Rentabilität zu gewährleisten. Während frühere Prozesse im großen Maßstab konzipiert wurden, wurde diese Studie außerdem mit einer Biomasseversorgung konzipiert, die in allen Regionen machbar ist.

Dies ist ein völlig anderer Ansatz als bei herkömmlichen Verfahren. Mit dieser Errungenschaft können wir den Erdölverbrauch in chemischen Prozessen deutlich reduzieren, um eine recyclingorientierte Gesellschaft der Zukunft zu etablieren. Darüber hinaus soll zur regionalen Wiederbelebung eine chemische Industrie zur lokalen Produktion für den lokalen Verbrauch unter Verwendung von land- und forstwirtschaftlichen Abfällen in Bergregionen entstehen.

Die Ergebnisse wurden in veröffentlicht Chemische Ingenieurforschung und Design .

Biomasse ist die erneuerbare Kohlenstoffressource, die fossile Ressourcen in der chemischen Produktion ersetzen kann. Unter den aus Biomasse gewonnenen Chemikalien erregt Lävulinsäure (LA) als Plattformchemikalie Aufmerksamkeit, da sie aus Zellulose synthetisiert werden kann, die etwa 50 % der holzigen Biomasse ausmacht, und eine Vorstufe für eine Vielzahl von Substanzen von Pharmazeutika bis hin zu Biomasse ist Biokraftstoffe.

Herkömmliche LA-Produktionsprozesse aus Biomasse sind großtechnische Prozesse mit einer jährlichen Biomasseversorgung von mehr als 120.000 Tonnen und hatten Herausforderungen bei der effektiven Nutzung aller Biomasseressourcen.

Als Reaktion darauf hat dieses Forschungsteam ein Verfahren entwickelt, das die Zufuhr externer Energieträger minimiert, indem Nebenprodukte, die bei der Herstellung von LA aus Biomasse entstehen, so weit wie möglich wiederverwendet werden, während dennoch die gesamte erforderliche Energie aus der Verbrennung von Biomasse bereitgestellt werden kann -Produkte.

Insbesondere durch die Wiederverwendung des Nebenprodukts Ameisensäure als Katalysator, die Verwendung einer aus Biomasse gewonnenen Chemikalie namens Furfural als Extraktionslösungsmittel zur Reinigung von LA und die Verbrennung der festen Nebenprodukte wurde die gesamte Prozessenergie reduziert und von selbst bereitgestellt. Außerdem wurde festgestellt, dass die überschüssigen festen Nebenprodukte effektiv für Baumaterialien und andere Zwecke verwendet werden können. Wir fanden auch heraus, dass die Verwendung von Flusswasser die gesamte benötigte Kühlung liefern könnte.

Die Menge des Flusswassers beträgt weniger als 0,12 % des minimalen jährlichen Volumenstroms im Mittellauf des Naka-Flusses in der Präfektur Tochigi, die sich in einem ländlichen Gebiet Japans befindet.

Aus wirtschaftlicher Sicht betrug der Mindestverkaufspreis von LA, das durch dieses Verfahren hergestellt wurde, 9,59 USD pro Kilogramm, was über dem Marktpreis von 7,17 USD pro Kilogramm lag. Der Grund liegt in der Tatsache, dass dieses Verfahren zum Teil geringe Gewinnspannen zulässt, was ein Vorteil großtechnischer Verfahren ist, und auch darin, dass keine Abtrennung und Reinigung von Nebenprodukten durchgeführt werden.

Die Ergebnisse dieser Forschung zeigen, dass dieser Prozess in der Gesellschaft für eine lokal produzierte und verbrauchte chemische Industrie unter Verwendung von land- und forstwirtschaftlichen Abfällen in Bergregionen vollständig umgesetzt werden kann.