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Eröffnung der Zellulose-Ethanol-Anlage
Morgen wird in Jennings, LA, eine Bioraffinerie eröffnet, die 1,4 Millionen Gallonen Ethanol pro Jahr aus Zellulose-Biomasse produzieren soll. Gebaut von Verenium , mit Sitz in Cambridge, MA, wird die Anlage Ethanol aus landwirtschaftlichen Abfällen herstellen, die bei der Verarbeitung von Zuckerrohr anfallen.
Pflanzendärme: Hier abgebildet ist das Innere einer neuen Zellulose-Ethanol-Anlage, die landwirtschaftliche Abfälle in Kraftstoff umwandelt. Im rechten Tank produzieren Pilze Enzyme, die Zellulose abbauen können.
Die neue Verenium-Anlage ist die erste Zellulose-Ethanol-Anlage im Demonstrationsmaßstab in den USA. Es wird verwendet, um Variationen der Technologie des Unternehmens auszuprobieren und ist für den Dauerbetrieb ausgelegt. Verenium will zeigen, dass es Ethanol für 2 US-Dollar pro Gallone herstellen kann, wodurch der Kraftstoff mit anderen Arten von Ethanol und Benzin konkurrenzfähig wird. Im nächsten Jahr plant das Unternehmen, mit dem Bau kommerzieller Anlagen zu beginnen, die jeweils etwa 20 bis 30 Millionen Gallonen Ethanol pro Jahr produzieren werden.
Bisher war die Technologie zur Umwandlung von Nonfood-Rohstoffen in Ethanol auf das Labor und auf kleine Pilotanlagen beschränkt, die Tausende Gallonen Ethanol pro Jahr produzieren können. Da diese nicht kontinuierlich arbeiten, geben sie keine genaue Vorstellung davon, wie viel es letztendlich kosten wird, Zellulose-Ethanol in einer kommerziellen Anlage herzustellen.
Fast der gesamte Ethanol-Biokraftstoff in den Vereinigten Staaten wird derzeit aus Maiskörnern hergestellt. Der Bedarf an Zellulose-Ethanol-Rohstoffen wurde jedoch kürzlich unterstrichen, da die Lebensmittelpreise weltweit stark gestiegen sind, teilweise aufgrund der Verwendung von Mais als Quelle für Biokraftstoffe. Gleichzeitig haben die steigenden Kosten für Mais und Gas begonnen, Zellulose-Ethanol kommerziell attraktiver zu machen, sagt Wallace Tyner , Professor für Agrarökonomie an der Purdue University. Ein neuer Standard für erneuerbare Kraftstoffe, der Teil eines Energiegesetzes ist, das Ende letzten Jahres in Kraft trat, schreibt den Einsatz von 100 Millionen Gallonen zellulosehaltiger Biokraftstoffe bis 2010 und 16 Milliarden Gallonen bis 2022 vor.
Bisher sind in den USA jedoch keine kommerziellen Zellulose-Ethanol-Anlagen in Betrieb, obwohl eine Reihe von Anlagen in den nächsten Jahren die Produktion aufnehmen sollen. Das Energieministerium finanziert derzeit mehr als ein Dutzend Unternehmen, die Demonstrations- und kommerzielle Anlagen bauen werden. Einer von diesen, Reichweitenkraftstoffe , mit Sitz in Broomfield, CO, plant im nächsten Jahr die Eröffnung einer kommerziellen Anlage. Es wird die Kapazität haben, 20 Millionen Gallonen Ethanol und Methanol pro Jahr zu produzieren.
Verenium verwendet eine Kombination aus Säurevorbehandlungen, Enzymen und zwei Arten von Bakterien, um Ethanol aus dem Pflanzenmaterial – Bagasse genannt – herzustellen, das bei der Verarbeitung von Zuckerrohr zu Zucker übrig bleibt. Es wird auch das sogenannte Energierohr verarbeiten, ein Verwandter von Zuckerrohr, das weniger Zucker und mehr Ballaststoffe enthält. Der hohe Ballaststoffgehalt lässt die Pflanzen höher wachsen und erhöht den Ertrag auf einem bestimmten Grundstück.
Zuckerrohr-Bagasse besteht größtenteils aus Zellulosebündeln, die von Hemizellulose umgeben sind. Cellulose besteht aus langen Glukoseketten, einem Zucker mit sechs Kohlenstoffatomen, der normalerweise fermentiert wird, um Ethanol aus Quellen wie Mais herzustellen. Hemicellulose besteht jedoch aus Fünf-Kohlenstoff-Zuckern, die normalerweise nicht mit den gleichen Organismen wie Glukose fermentiert werden können. Eines der Dinge, die das Verfahren von Verenium neuartig machen, sagt John Malloy, Executive Vice President des Unternehmens, ist seine Fähigkeit, Zucker sowohl aus Zellulose als auch aus Hemizellulose zu fermentieren.
Der Prozess beginnt, wenn das Rohr zermahlen und unter hohem Druck mit einer milden Säure gekocht wird, um die Hemicellulose zu hydrolysieren und von der Cellulose zu trennen. Die Fünf-Kohlenstoff-Zucker in Hemicellulose werden dann mit gentechnisch verändertem fermentiert E coli . Die Zellulose wird mit Enzymen abgebaut und mit einer anderen Bakterienart namens . fermentiert Klebsiella oxytoca . Dieses Bakterium erfüllt eine doppelte Aufgabe, da es auch Enzyme produziert, die Zellulose abbauen, wodurch die Menge an Enzymen aus externen Quellen um 50 Prozent reduziert wird. Das bei der Fermentation beider Zuckerarten gewonnene verdünnte Ethanol wird dann zu Kraftstoff destilliert.
Neben der Eröffnung der Demonstrationsanlage beginnt Verenium auch mit dem Anbau von Energierohr und arbeitet mit lokalen Landwirten zusammen, um einen stetigen Materialfluss für seine geplanten kommerziellen Anlagen sicherzustellen. Kurzfristig sagt das Unternehmen, dass es sich auf übrig gebliebene Bagasse aus der Zuckerproduktion verlassen kann, aber schließlich wird es auf Energierohr zurückgreifen, das speziell zur Herstellung von Ethanol angebaut wird. Die Bestimmungen des Farm Bill, das kürzlich vom Kongress der Vereinigten Staaten verabschiedet wurde, werden dazu beitragen, Landwirte Anreize für den Anbau von Energiepflanzen zu bieten, sagt Carlos Riva , CEO von Verenium. Die Anreize sind wichtig, da es zwei bis drei Jahre dauert, bis sich Energierohr, eine mehrjährige Pflanze, etabliert hat und ein ideales Produktionsniveau erreicht. Infolgedessen müssen die Landwirte im nächsten Jahr mit dem Anbau der Pflanzen beginnen, bevor kommerzielle Anlagen gebaut werden und es einen Markt für diese Pflanzen gibt.
Die Eröffnung der Demonstrationsanlage und der derzeitige Bau einer Reihe weiterer Demonstrations- und kommerzieller Zellulose-Ethanol-Anlagen markieren einen Wendepunkt für die Branche, sagt Riva. Die Entwicklung verbesserter Enzyme und Fermentationsorganismen bedeutet, dass keine weiteren wissenschaftlichen Durchbrüche erforderlich sind, um Zellulose-Ethanol kommerziell erfolgreich zu machen, sagt er. Es habe eine enorme Menge an Hintergrundarbeit in der Wissenschafts- und Technologieentwicklung gegeben, sagt er. Wir haben so viel über den Prozess gelernt, dass es jetzt wirklich wichtig ist, die Technologie im kommerziellen Maßstab einzusetzen.