Оборудование для производства биоэтанола: Alfa Laval — Производство биоэтанола Alfa Laval

Содержание

Минфин подготовил приказ об оснащении технологического оборудования для производства биоэтанола автоматическими средствами измерения

Минфин РФ подготовил проект приказа, предписывающего оснащать технологическое оборудование для производства биоэтанола автоматическими средствами измерения, следует из данных опубликованных на портале проектов нормативных правовых актов.

Оборудование предназначено для учёта концентрации и объёма этилового спирта в готовой продукции, объёма готовой продукции, а также для измерения и учёта концентрации денатурирующих веществ в биоэтаноле.

Ведомство предлагает переиздать уже имеющийся приказ об утверждении порядка оснащения техоборудования для производства этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции, дополнив его положениями, касающимися биоэтанола.

Напомним, что в ноябре 2018 года ГД РФ приняла в третьем чтении закон, регулирующий производство и оборот биоэтанола. Законом вводятся нормы, согласно которым действие закона о госрегулировании производства и оборота этилового спирта не будет распространяться на производство и (или) оборот автомобильного бензина, произведенного с добавлением этилового спирта или спиртосодержащей продукции и соответствующего техническому регламенту Таможенного союза "О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту", утвержденному решением комиссии Таможенного союза.

Понятие биоэтанол предлагается трактовать как денатурированный этиловый спирт, подвергнутый денатурации в порядке, предусмотренном ФЗ, и содержащий не более 1% воды. Под моторным биотопливом предлагакется понимать спиртосодержащую непищевую продукцию, произведенную с использованием биоэтанола.

Законом определяется порядок лицензирования производства, хранения и поставок биоэтанола, а также аннулирования соответствующей лицензии. Документ устанавливает требования к оснащению производств оборудованием и автоматическими средствами контроля качества продукта. Полученный биоэтанол можно будет использовать в качестве компонента автобензина наряду с разрешенной на данный момент "головной фракцией" этилового спирта, содержащей 97% этанола с сопутствующими горючими веществами (эфирами и альдегидами), пишет Рупек.

ЗАВКОМ | Биотехнологии | Производство биоэтанола

Биоэтанол является экологически чистым и наиболее перспективным видом топлива. Это возобновляемый источник энергии, который позволяет снизить уровень выхлопов углекислого газа в атмосферу. Компания ЗАВКОМ-ИНЖИНИРИНГ более 20 лет осуществляет строительство предприятий по производству данного высокотехнологического топлива.

Биоэтанол – это спирт, получаемый в процессе переработки растительного сырья для использования в качестве биотоплива. Биоэтанол производится из крахмалосодержащих и сахаросодержащих сельскохозяйственных культур.

Крахмалосодержащие культуры:

  • Кукуруза
  • Пшеница
  • Рожь
  • Ячмень
  • Картофель
  • Рис

Сахаросодержащие культуры:

  • Сахарный тростник
  • Сахарная свекла
  • Сорго

Существует два основных способа получения биоэтанола: «сухой» и «мокрый». При «мокром» способе дополнительно извлекается клейковина и крахмалы А / В, и для производства биоэтанола используется крахмал В.

На сегодняшний день биоэтанол либо смешивается с автомобильным бензином с целью улучшения его качества, либо используется в чистом виде.

Биоэтанол обладает октановым числом 105. Его смешение с автомобильным бензином позволяет снизить использование таких вредных для окружающей среды и человеческого здоровья октаноповышающих веществ как МТБЭ и монометиланилин.

На международных рынках существуют различные виды топлив, при производстве которых используется биоэтанол:

Топлива, не требующие изменения конструкции двигателя:

  • Е-15: 85 % бензина / 15% биоэтанола
  • Е-10: 90 % бензина / 10% биоэтанола
  • Е-5: 95 % бензина / 5% биоэтанола
  • Е–7: 93 % бензина / 7% биоэтанола

Топлива, требующие изменения конструкции двигателя:

  • Е-20: 80% бензина / 20% биоэтанола
  • E-85: 15% бензина / 85% биоэтанола

Наиболее распространенным в США и Европейском союзе является топливо E-10, оно улучшает работу двигателя, противодействует его перегреву, выполняет функцию антифриза топливопровода и не вызывает загрязнения топливной форсунки.

Согласно директивам ЕС, к 2020 году 10% транспортного топлива должно приходиться на экологически чистые источники энергии. Согласно закону об «Энергетической независимости и безопасности», принятом в США в 2007 году, к 2022 году локальный объем производства биоэтанола должен достичь 115 млн тонн в год.

Также стоит отметить, что реализация таких дополнительных продуктов производства биоэтанола как DDGS, дрожжи и CO2, значительно повышают экономическую эффективность всего предприятия.

Оборот алкогольной продукции / КонсультантПлюс

КонсультантПлюс: примечание.

Также см. аналитический обзор правовой информации:

Обзор: "Кому и зачем нужен финансовый омбудсмен" (КонсультантПлюс, 2018).

 

ОБОРОТ АЛКОГОЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ

 

Урегулирован порядок оборота биоэтанола

Закрепляется определение биоэтанола.

Из сферы действия Федерального закона от 22.11.1995 N 171-ФЗ "О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции и об ограничении потребления (распития) алкогольной продукции" исключены производство и оборот автомобильного бензина, который производится с добавлением этилового спирта или спиртосодержащей продукции и соответствует техрегламенту Таможенного союза "О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту".

Устанавливается, что основное технологическое оборудование для производства биоэтанола должно быть оснащено автоматическими средствами измерения и учета концентрации денатурирующих веществ в биоэтаноле. Требования к автоматическим средствам измерения и учета концентрации денатурирующих веществ в биоэтаноле утверждены Постановлением Правительства РФ от 22.06.2019 N 798.

Вводится запрет производства биоэтанола обособленным подразделением организации, использующим основное технологическое оборудование для производства других видов этилового спирта (за исключением производства этилового спирта из непищевого сырья).

Определен порядок лицензирования производства, хранения и поставок биоэтанола (лицензии выдаются отдельно на этиловый спирт (в том числе денатурат, за исключением биоэтанола) и биоэтанол).

Уточняется порядок приостановления, возобновления действия и аннулирования лицензии на производство и оборот этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции.

Устанавливается, что нарушение минимальных цен при обороте биоэтанола не является основанием для аннулирования лицензии на производство и оборот этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции (в связи с отсутствием государственного регулирования цен на него).

(Федеральный закон от 28.11.2018 N 448-ФЗ; Постановления Правительства РФ от 22.05.2019 N 639 и от 22.06.2019 N 798)

Открыть полный текст документа

БИОЭТАНОЛ

Строительство "под ключ" заводов по производству биоэтанола.
Строительство биоэтанольных заводов.

 

Компания БТС-ИНЖИНИРИНГ выполняет работы как по строительству, так и по проектированию биоэтанольных заводов, не только на территории Украины, но и стран СНГ, Европейского Союза и Африки.

 

Верховная Рада 19.06.2012 г. приняла проект закона № 10572-1 «О внесении изменений в некоторые законы Украины относительно производства и использования моторных топлив с содержанием биокомпонентов» относительно добавок биоэтанола в бензин. В частности, документом устанавливается, что рекомендуемая норма биоэтанола в бензине, который производится и/или реализуется на территории Украины, составит в 2013 г. не менее 5%, с 2014-2015 гг. обязательное содержание биокомпонентов в моторных топливах должно быть не менее 5%, а с 2016 г. - не менее 7%.

Принятие названного документа направлено на снижение зависимости украинского топливного рынка от импорта энергоносителей, а также на реализацию механизмов Киотского протокола по уменьшению выбросов СО2 в атмосферу.

Для того, чтобы обеспечить 5% содержание биоэтанола в бензине, Украине нужно 320 млн. литров биоэтанола ежегодно. Есть предположение, что до конца 2013 года в Украине формально будет произведено около 70 млн.литров биоэтанола.

 

Техникоэкономическое обоснования и расчеты (ТЭО)

Наша компания выполнит техникоэкономическое обоснование (ТЭО) строительства или реконструкции биоэтанольного предприятия, оформит техническое задание (ТЗ), учитывая:

  • географическое расположение предполагаемого объекта строительства;
  • выбор, ценообразование, обеспечение сырьем;
  • комплексную переработку сырья;
  • самую современную технологию переработки крахмалистого или сахаристого сырья;
  • автоматическую систему управления (АСУ) производством;
  • минимальные расходы энергоносителей, с возможностью диверсификации покупного органического топлива;
  • оптимальное потребление технологических вод и минимальное влияние на экологию.

 

Проект и инжиниринг

  • БТС-ИНЖИНИРИНГ, в оптимально короткие сроки, обеспечит реализацию проектов с четким соблюдением всех норм законодательства, регламентирующих выполнение работ по строительству и технологическому проектированию.
  • БТС-ИНЖИНИРИНГ владеет самими последними технологиями в области дистилляции и ректификации, теплоэнергетики, энергосбережения, тепло - и массообменных процессов и мембранных технологий, включая технологии комплексной переработки крахмалосодержащего сырья;
  • БТС-ИНЖИНИРИНГ на основе мембранного оборудования и технологий микро-, ультра, и нанофильтрации для разделения и сгущения смесей с целью получения ценных компонентов в производстве этанола, биотоплива, растительных масел и крахмалов обеспечит полное и безотходное экологически чистое производство;
  • БТС-ИНЖИНИРИНГ внедрит автоматический процесс управления производством;
  • БТС-ИНЖИНИРИНГ обеспечит программное сопровождение, всех без исключения, автоматических процессов управления производства.

 

Поставка оборудования, шефмонтаж

Благодаря сотрудничеству со многими украинскими, европейскими и китайскими производителями у нас есть возможность подбора и поставки оборудования для реализации проекта биоэтанольного завода и завода комплексной переработки крахмалсодержащего сырья.

Кроме того, предоставим дополнительный сервис:

  • разработку проектных решений;
  • установку, монтаж (шефмонтаж) оборудования для дистилляции, ректификации, дегидратации, мельничного оборудования;
  • автоматизацию;
  • наладку и ввод в эксплуатацию.

На все оборудование, поставляемое нашей компанией, после введения его в эксплуатацию предоставляется гарантия и сервисное обслуживание. Подобор оборудования и оптимальные варианты заказа, доставки, установки и сервиса согласовываются с заказчиком.

 

Пусконаладочные работы

По завершению строительно-монтажных работ завода, вместе с представителями заказчика принимаем завод (цех) в эксплуатацию, выполняем пуско-наладочные работы, целью которых является настройка установленного оборудования, а также проверка готовности функционирования системы в целом.

Последующий этап - сопровождение и обучение персонала нашими высококвалифицированными сотрудниками для дальнейшего рачительного функционирования основного и дополнительных производственных процессов.

Результатом пуско-наладочных работ является работоспособность сети, с компетентным персоналом, полностью готовой к передаче в эксплуатацию Заказчику.

Госдума приняла закон, регулирующий производство и оборот биоэтанола - Экономика и бизнес

МОСКВА, 13 ноября. /ТАСС/. Госдума приняла в третьем, окончательном, чтении закон о регулировании производства и оборота биоэтанола, используемого в качестве топлива. Инициированный правительством закон предусматривает запрет на производство предприятиями, осуществляющими выпуск биоэтанола, этилового спирта из пищевого сырья.

В настоящее время автомобильный бензин, произведенный с добавлением в качестве высокооктановой добавки этилового спирта, в частности биоэтанола, в рамках действующего законодательства относится к спиртосодержащей непищевой продукции в связи с содержанием в нем более 0,5% этилового спирта.

"Учитывая, что производство и оборот спиртосодержащей продукции регулируется нормами, установленными федеральным законом "О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции и об ограничении потребления (распития) алкогольной продукции", данная ситуация приводит к сдерживанию развития производства биоэтанола", - говорится в пояснительной записке к документу.

Вводимые нормы

Законом вводятся нормы, согласно которым действие закона о госрегулировании производства и оборота этилового спирта не будет распространяться на производство и (или) оборот автомобильного бензина, произведенного с добавлением этилового спирта или спиртосодержащей продукции и соответствующего техническому регламенту Таможенного союза "О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту", утвержденному решением комиссии Таможенного союза.

Вводится понятие "биоэтанол", под которым понимается денатурированный этиловый спирт, произведенный из пищевого и (или) непищевого сырья растительного происхождения, денатурация которого осуществляется с соблюдением требований, установленных законом о госрегулировании этилового спирта, и содержащий не более 1% воды.

Определяется порядок лицензирования производства, хранения и поставок биоэтанола. Кроме того, предусматриваются специальные требования для оснащения оборудования, используемого для производства биоэтанола, средствами автоматического измерения и учета концентрации денатурирующих веществ. Документом вводится запрет на производство предприятиями, осуществляющими выпуск биоэтанола, этилового спирта из пищевого сырья. Это обусловлено необходимостью исключения возможности использования биоэтанола, полученного из пищевого сырья, в качестве суррогата алкогольной продукции.

В связи с необходимостью оснащения основного технологического оборудования автоматическими средствами измерения и учета концентрации денатурирующих веществ в потоке денатурированного биоэтанола законом предусмотрено вступление его в силу по истечении одного года после его официального опубликования, говорится в сопроводительных материалах к документу.

Производство биоэтанола планируется запустить в 2020 году

11 млрд тенге, которые владелец компании BioOperations (прежнее название «Биохим») вложил в принадлежащий ему завод, окупятся не ранее чем через 10 лет. Об этом в интервью корреспонденту «Капитал.kz» рассказал председатель наблюдательного совета ТОО «BioOperations» Айдархан Сарсембаев. Нужно отметить, что предприятие делало и продолжает делать ставку на производство биоэтанола – компонента для биотоплива, запуск которого несколько раз откладывался.

- Айдархан Кайратбекович, почему сроки производства биоэтанола опять были отложены с декабря 2019 года на 2020 год?

- Технология глубокой переработки зерна достаточно сложная. Она включает в себя биологические, химические и физические процессы. В ходе реализации проекта было установлено, что большая часть насосного, электрического оборудования и автоматики на заводе была расхищена, либо пришла в негодность. К тому же пришлось полностью заменять дорогостоящее программное обеспечение. Кроме того, возникла необходимость в кардинальном устранении серьезнейших технологических ошибок и просчетов.

Ранее в технологическом процессе для производства биоэтанола применялся циклогексан (токсичное и ядовитое соединение). Мы установили новое оборудование, позволяющее исключить из процесса это соединение для применения уже мембранных технологий.

Помимо этого, на предприятии полностью отсутствовала система очистки сточных вод. Нам пришлось с «нуля» построить очистные сооружения, включающие в себя физическую и биологическую очистку сточных вод.

В рамках осуществления проекта также выстроена инфраструктура предприятия. В конце 2017 года был запущен наиболее простой первый этап – производство муки. Во втором полугодии 2018 года был дан старт первой линии по выпуску клейковины и крахмала, в конце 2019 года была запущена вторая линия. В настоящее время по линии биоэтанола ведутся монтажные работы. Производство этого продукта планируется запустить в первом полугодии 2020 года.

- Просчитывали себестоимость производства биоэтанола?

- Конечно, расчеты производились, но не могу их озвучить – они являются коммерческой тайной. При расчете себестоимости для нас ориентирами являются цены на пшеницу и метанол. В целом же, ситуация с ценами на зерно очень динамичная. В 2018 году с сентября по декабрь зерно пшеницы стоило 45-50 тыс. тенге за тонну, за тот же период 2019 года цена на пшеницу увеличилась до 80 тыс. тенге за тонну. Таким образом, произошло существенное подорожание зерна пшеницы. При этом цены на клейковину и на крахмал значительно не изменились.

- Какова мощность линии по производству биоэтанола? 

- Мощность линии по выпуску этого продукта составляет 36 тыс. тонн в год. На начальном этапе планируется запустить производство биоэтанола в объеме 20 тыс. тонн в год. В последующем намерены повысить производство до 36 тыс. тонн в год. Если на рынке, в том числе мировом, будет наблюдаться спрос на биоэтанол, то можно будет нарастить производство до 60 тыс. тонн в год.

- В какие страны планируется поставлять биоэтанол? Есть ли у вас какие-то договоренности?

- Основными потребителями биоэтанола станут казахстанские предприятия, производящие октаноповышающие присадки к бензинам. В настоящее время такие заводы используют метанол – высокотоксичное химическое соединение. Он опасен для жизни не только в чистом виде, но и жидкости, содержащие этот яд даже в сравнительно небольшом количестве, являются канцерогенными и также опасными для жизни. Кроме того, даже пары метанола могут вызвать отравление организма. Токсичность метанола состоит в том, что при попадании в организм он с течением времени окисляется до ядовитого формальдегида, который вызывает слепоту, негативно  влияет на нервную систему, вступает в реакции с белками. Происходит так называемый летальный синтез. Поэтому применение метанола для производства октаноповышающих присадок запрещено в США.

Применение биоэтанола в топливе снизит количество вредных выбросов в атмосферу. Например, в европейских странах на законодательном уровне установлено обязательное добавление биокомпонента в топливо до 20%.

Производство биоэтанола заменит использование импортного метанола на отечественных заводах и полностью обеспечит казахстанским сырьем существующие потребности. Например, близ Павлодарского НПЗ расположена компания «Нефтехим», а возле Шымкентского НПЗ завершается строительство завода «ШХК», которые могут производить ЭТБЭ (октаноповышающие присадки для топлива).

Если со стороны зарубежных рынков будет спрос на биотопливо, то мы готовы наладить с ними сотрудничество.

Между тем в некоторых странах существуют специальные препоны по импорту биоэтанола (например, в странах ЕС), которые делают импорт этого продукта нецелесообразным и приводят к значительному его удорожанию. Таким образом, ЕС защищает свой рынок, выстраивая заградительные меры.

- Будет ли ваш биоэтанол по качеству отличаться от того, который есть на мировом рынке?

- Наш продукт будет отвечать самым высоким мировым требованиям и стандартам. Не думаю, что он будет отличаться от того, что есть на мировом рынке.

- В 2018 году сообщалось, что объем инвестиций в первый этап реализации проекта по восстановлению линий ТОО «BioОperations» составил 5 млрд тенге, второй и третий этапы потребовали вложений в размере 6 млрд тенге. Когда владелец ТОО «BiolineKz» намерен окупить эти средства?

- Не менее чем через 10 лет. Как уже говорил ранее, нам пришлось провести практически полную реновацию завода. Это включает в себя приобретение и монтаж оборудования, изменение технологической схемы, замену и восстановление механического, электрического, кабельного оборудования и автоматики, а также программного обеспечения. Кроме того, необходимо построить, а где-то восстановить инфраструктуру.

Большая часть приобретенного оборудования уникальна. Например, оборудование по сушке DDGS (высокобелковый корм), произведенное в Германии, весит 140 тонн.

Уточню, при этом завод уже вышел в прибыль.

- Если казахстанские НПЗ будут использовать биоэтанол, можно ли будет говорить об удешевлении бензина?  

- По моим оценкам, в этом случае цена на бензин практически не изменится: ни в сторону удешевления, ни в сторону удорожания. Но топливо, при производстве которого используется биоэтанол, будет намного экологичнее. За счет его использования ощутимо снизятся выбросы от транспорта в окружающую среду.

Удешевление бензина возможно только в том случае, если это топливо напрямую будет смешиваться с этанолом. Но в Казахстане такая технология не развита, как в Европе. На европейских рынках активно используется бензин Е15, Е20. Дело в том, что вода впитывает этанол, в результате в бензине часто можно наблюдать расслоение элементов – этот процесс зависит от качества бензина. Если бензин качественный, без содержания воды, то можно осуществлять прямое его смешивание с биоэтанолом. В этом случае можно будет добиться удешевления топлива, увеличится его экологический эффект.

Думаю, что в скором времени в Казахстане станут использовать «технологию прямого смешивания», учитывая, что это снизит стоимость бензина.

- Есть ли у вас планы по расширению бизнеса?

- Компании нашей группы KazFoodProducts работают в рамках единой комплексной технологической цепочки. И одна из наших структур ТОО «ЕМС Агро» планирует начать расширение свиноводческого комплекса в Тайыншинском районе с текущих 5 тыс. тонн до 10 тыс. тонн мяса в год, а в дальнейшем и до 20 тыс. тонн. В этот проект предполагается инвестировать порядка $10 млн. Строительство комплекса планируем начать в этом году и завершить – в 2021 году.

Уверен, что применение недорогих, но высокопротеиновых кормов даст серьезный толчок развитию животноводства в нашем регионе.

- Какие меры поддержки отрасли необходимы?

- Мы ведем переговоры о том, чтобы государство предоставило какие-то меры господдержки на начальном этапе становления отрасли глубокой переработки зерна. Эта отрасль имеет большие перспективы развития. Мы рады, что она развивается, появляются новые предприятия,  создаются рабочие места, растет налоговая база. Начинают строить завод по глубокой переработке пшеницы в Костанайской области. Наращивают объемы предприятия по глубокой переработке зерна кукурузы в Алматинской области.

При работе с материалами Центра деловой информации Kapital.kz разрешено использование лишь 30% текста с обязательной гиперссылкой на источник. При использовании полного материала необходимо разрешение редакции.

ОБОРУДОВАНИЕ для производства биоэтанола и спирта.

ОБОРУДОВАНИЕ для производства биоэтанола и спирта.

Для производства спирта “Экстра” и “Люкс” наша фирма предлагает 3-х колонную БРУ(Брага ректификационная установка):
- бражная колонна 27 тарелок;
- эпюрационная колонна 80 тарелок;
- ректификационная колонна 100 тарелок.

БРУ может комплектоваться колонной окончательной очистки (по предварительной договоренности с заказчиком)

Подработочное отделение

#Изделие Количество
1Нория1
2Бункер надвесовой1
3Весы дозатор1
4Бункер подвесовой1
5Шнековый дозатор2
6Дробилка2
7Смесители2
8Чанок замеса1
9Краны трехходовые2
10Краны шаровые4
11Вентиля, задвижки.
12Трубопроводы.
13Насос центробежный2

Варочное отделение

#Изделие Количество
1Контактная головка1
2Варочный аппарат (низкотемпературное разваривание)3
3Насос для перекачки сусла2
4Насос для перекачки сусла в дрожжевое отделение1
5Насос дозатор2
6Теплообменник сусла1
7Краны трехходовые6
8Краны шаровые10
9Обратные клапана.
10Вентиля,задвижки.
11Трубопроводы.

Бродильное отделение

#Изделие Количество
1Бродильные аппараты10
2Дрожжанки6
3Ловушка1
4Маточник1
5Насос подачи бражки2
6Насос дрожжевой2
7Мерник серной кислоты1
8Краны трехходовые25
9Краны шаровые10
10Краны шаровые15
11Вентиля, задвижки.
12Трубопроводы.
13Краны шаровые,задвижки12
14Спиртоловушка1
15Емкость промывных вод1

Ректификационное отделение

#Изделие Количество
1Подогреватель бражки2
2Водяная секция подогревателя1
3Конденсатор Б.К1
4Сепаратор бражки1
5Конденсатор сепаратора бражки1
6Бардорегулятор1
7Спиртоловушка Б.К1
8Дефлегматор Э.К2
9Конденсатор Э.К1
10Холодильник Г.Ф1
11Дефлегматор Р.К2
12Конденсатор Р.К2
13Холодильник спирта 11
14Пеноловушка1
15Вакуум-прерыватель6
16Пробный холодильник2
17Гидрозатвор для отвода лютерной воды1
18Холодильник паров сивушного масла1
19Масло отделитель1
20Сборник сивушного масла1
21Фонарь спиртовой2

Технические характеристики

Для производства 1 декалитра (10 литров)спирта необходимо:
-Зерно ≈ 30-32кг или меласса (патока) 4-5кг
-Пара 45-50 кг (для БРУ)
-Электроэнергии 0,2-0,4 кВт
-Воды на охлаждение 0,4-0,5м³ (для БРУ)
-Обслуживающий персонал-1-2 человека в смену (для БРУ)

Оборудование для производства этанола

Производство этанола значительно выросло с годами в связи со спросом на возобновляемые источники энергии. Кукуруза используется для производства этанола путем сухого или мокрого помола. Процесс сухого измельчения обычно используется для производства этанола путем измельчения цельного зерна кукурузы. Для процесса сухого измельчения требуется меньше оборудования, чем для процесса мокрого измельчения. Преимущество мокрого помола состоит в том, что при производстве этанола образуются ценные побочные продукты.

Компоненты оборудования для производства этанола
Основными компонентами завода по производству этанола являются:

  • Резервуары для приема и хранения кукурузы
  • Емкость для переработки и осахаривания сусла
  • Бродильный чан
  • Дистилляционное оборудование
  • Технологические и вспомогательные системы

Некоторые производители этанола внедрили инновации и установили молекулярные сита на заводах, которые могут производить безводный этанол.Другие производители установили камеру измельчения, которая имеет зоны поэтапного уменьшения размера и может сэкономить от 15 до 20 процентов затрат на электроэнергию. Компакторы способны улучшать текучесть, растворимость, контролировать запыленность и извлекать отходы побочных продуктов, а также контролировать размер частиц. Ротационные просеиватели обеспечивают повышенную пропускную способность на площадь экрана по сравнению с обычным просеивающим оборудованием. Замена экрана быстрая и удобная в обслуживании.

Ключевые факторы, которые следует учитывать при инвестировании в оборудование
В связи с увеличением производства этанола за последние несколько лет спрос на технологическое оборудование этанола также значительно увеличился.Прежде чем ваша компания инвестирует в оборудование для производства этанола, ниже приведены некоторые важные факторы, которые следует учитывать.

Вы должны убедиться, что все ваше оборудование для обработки этанола и центрифуги являются прочными и выдерживают износ в течение длительного времени. Вложение в качественное оборудование было бы разумным решением, потому что оборудование будет иметь долгий срок службы и не будет нуждаться в замене в краткосрочной перспективе. Вы также должны убедиться, что оборудование является современным и эффективным для достижения наилучших результатов. Несмотря на то, что на начальном этапе инвестирования вы тратите большие суммы денег, они окупятся в течение всего срока службы оборудования.


Производство биоэтанола - обзор

8.2.2 Режим работы и рециркуляция ячеек

В промышленном топливном этаноле используются периодические, периодические и непрерывные процессы для достижения высоких производств этанола и его титров. Высокие титры этанола (например, 12–18% об. / Об.) Желательны для минимизации затрат энергии на дистилляцию, а также потребности в технологической воде. Для периодического процесса эти высокие титры этанола требуют начальных концентраций сахара 28–38% по весу (т.е. ° Brix).Эти исключительно высокие концентрации сахара создают значительный осмотический стресс на ферментирующих дрожжах, тем самым замедляя скорость ферментации и представляя риск загрязнения и дополнительного осмотического стресса от неорганических солей патоки (например, K, Ca, Mg) или других компонентов в кукурузное пюре также может быть проблематичным [21].

Из-за возможности осмотического стресса, процессы ферментации промышленного этанола включают стратегии, исключающие попадание дрожжевой культуры в раствор с высоким содержанием сахара.Процессы этанола, основанные на ферментации сока сахарного тростника и патоки, решают эту проблему либо за счет периодического добавления сахаров с подпиткой [20–22], либо за счет использования непрерывного процесса [23], в котором дрожжевые клетки никогда не подвергаются высокому осмотическому давлению. . При производстве этанола из кукурузы во многих процессах мокрого помола кукурузы используются процессы непрерывной ферментации, в то время как в мельницах сухого помола обычно используются периодические процессы [24]. В периодическом процессе используется одновременное осахаривание и ферментация (SSF).В SSF желатинизированный крахмал сначала разжижается термостабильными α-амилазами с образованием декстринов на отдельной стадии разжижения, а осахаривание глюкоамилазами выполняется одновременно с ферментацией. Учитывая, что глюкоза потребляется по мере того, как она вырабатывается ферментами, SSF устраняет обратное ингибирование глюкоамилазы глюкозой, избегая при этом переключения углерода с этанола на глицерин клетками, подвергающимися высокому осмотическому стрессу [16]. Чтобы улучшить экономию энергии и компенсировать осмотический шок при введении дрожжевых клеток в среду с высоким содержанием сахара, другая стратегия использует гранулированные гидролизующие крахмал α-амилазы, которые устраняют стадии гелеобразования крахмала, варки в струе и разжижения (с ограничением по вязкости) [ 16,25].Сообщалось, что к 2008 г. 37% мельниц для сухого помола кукурузы в США использовали этот процесс «холодного приготовления» [18].

Эти периодические ферментации «очень высокой плотности», основанные на достижении высоких титров этанола, использовались в процессах преобразования крахмала в этанол с 1990-х годов [26,27]. Как правило, для периодической ферментации гидролизатов крахмала с очень высокой плотностью семена дрожжей могут быть инокулированы с концентрацией 1 × 10 7 жизнеспособных клеток / мл, что соответствует приблизительно 0,1–0,5 г / л сухой массы клеток (DCW) [28]. , используя предварительно кондиционированные активные сухие дрожжи, и дрожжи могут пройти более пяти удвоений во время экспоненциального роста.Низкие исходные плотности клеток (скорости внесения) требуют добавления питательных веществ для достижения высоких титров этанола, в то время как в исследовании с использованием гидролизатов пшеничного крахмала очень высокие скорости внесения не требовали добавления [29]. Правильная добавка азота имеет решающее значение, как и некоторое барботирование воздуха на ранней стационарной фазе роста для поддержания окислительно-восстановительного потенциала и высокой жизнеспособности клеток [28]. Дрожжевым клеткам требуется усвояемый азот, которого не хватает в кукурузном пюре, и этот азот добавляется в виде свободного аминного азота и / или мочевины, или он частично вырабатывается in situ в результате ферментативного протеолиза белка в кукурузном пюре [16,30,31 ].Преимущества периодического действия - более высокий титр продукта и снижение риска загрязнения [24]. Недостатки этого подхода заключаются в том, что для ферментации требуется до 50–70 часов [16,28], если ферментация проводится до высоких титров этанола, и повторное использование клеток часто невозможно, что приводит к дополнительным затратам, связанным с использованием свежих семян дрожжей. культура в каждой партии.

Непрерывные процессы ферментации этанола используются для производства 16% этанола из кукурузы в США [28], и эти процессы используются на 25% заводов по перегонке этанола в Бразилии.Процессы непрерывной эксплуатации выигрывают от того факта, что реакторы могут работать с высокой удельной производительностью [32,33], при этом капитальные затраты на непрерывную работу ниже, чем затраты на периодический процесс на основе удельной производительности [28]. Однако загрязнение является общим недостатком крупномасштабных непрерывных операций, поскольку оно может привести к дорогостоящим остановкам процесса [24,34]. Непрерывное брожение обычно состоит из четырех-пяти этапов. Первая стадия часто используется для увеличения плотности дрожжевых клеток, а остальные реакторы оптимизированы для максимального производства этанола [24,28].По мере того, как последовательность резервуарных реакторов с непрерывным перемешиванием (CSTR) становится больше, производительность комбинированных реакторов приближается к характеристикам реактора с идеальным вытеснением (PFR), с соответствующими преимуществами, такими как более высокая объемная производительность этанола при высоких титрах этанола.

Удержание микробного биокатализатора в процессе важно, потому что посевная культура дрожжей обычно производится за пределами предприятия [28] и представляет собой затраты для комбината. Однако даже производство и размножение дрожжевых семян на месте требует капиталовложений, оборудования и потенциального отклонения субстрата, объема реактора и времени.Таким образом, извлечение и повторное использование клеток предлагает ряд преимуществ процесса, включая ферментацию при высокой плотности клеток со значительно улучшенной объемной продуктивностью этанола [21], а также уменьшение или устранение необходимости вводить свежую культуру семян дрожжей в каждую партию. Для рециркуляции клеток необходимо, чтобы во время ферментации присутствовало минимальное количество нерастворимых в дрожжах твердых веществ, чтобы предотвратить накопление в процессе. По этой причине повторное использование клеток в процессе сухого измельчения невозможно, поскольку кукурузное волокно присутствует в суспензии во время ферментации.Кроме того, высокая жизнеспособность клеток должна поддерживаться до конца ферментации в процессах, использующих рециркуляцию клеток, чтобы в процессе не накапливался мертвый груз нежизнеспособных клеток. Хотя титры этанола 18% об. И даже выше могут быть реализованы для ряда конфигураций процесса и исходного сырья [29,35], было показано, что жизнеспособность клеток резко падает при титрах этанола выше 12% об. / Об. [36], что требует работы вблизи или ниже этой критической концентрации этанола.

Методы восстановления клеток включают (1) центрифугирование, (2) флокуляцию-седиментацию с использованием флокулирующего дрожжевого штамма, (3) иммобилизацию и (4) мембранное разделение микроорганизма.Однако только первые две стратегии получили широкое распространение в промышленности [37]. Выполнение ферментации при высокой плотности клеток и извлечение клеток центрифугированием известно как процесс Мелле-Буно, и этот подход был первоначально разработан во Франции в 1930-х годах. Процесс Мелле-Буно впервые широко применялся в Бразилии в 1960-х и 1970-х годах, и в настоящее время до 75% этанола из сахарного тростника в Бразилии производится с использованием некоторых разновидностей этого процесса [20–22]. Сообщалось об извлечении 95% дрожжевых клеток в этом процессе [21], в то время как рост клеток во время ферментации компенсирует различия, так что дополнительные семена дрожжей не требуются.Некоторые бразильские фабрики используют извлечение клеток путем флокуляции и осаждения дрожжей, и по сравнению с центрифугированием этот метод может иметь несколько преимуществ, включая снижение пенообразования за счет флокуляции штаммов и снижение капитальных и эксплуатационных затрат в результате использования отстойников, а не центрифугирования [22]. Для рециркуляции клеток путем центрифугирования содержимое ферментера центрифугируется после ферментации, разбавляется на 50% водой и подкисляется до pH 1,8–2,5, чтобы инактивировать бактериальные загрязнения.Для версии процесса с подпиткой, 30% объема реактора первоначально повторно загружается этими концентрированными дрожжевыми «сливками», к которым добавляется 18–22% (по шкале Брикса) концентрированный тростниковый сок и / или смесь патоки, с последующим периодическим введением концентрированного раствора сахара в ходе ферментации с использованием скорости подачи, которая может быть оптимизирована для выработки этанола и титра [21]. Преимущества проведения ферментации при высокой плотности клеток включают короткое время ферментации от 6 до 10 часов и соответствующую высокую продуктивность этанола [20,21,38], хотя максимальные титры этанола могут быть ограничены до 12% об. / Об. Из-за существенного снижения жизнеспособность клеток при высоких титрах этанола.Однако переработка клеток представляет риск заражения и миграции населения. Исследования показали, что местные штаммы дрожжей дикого типа обычно вытесняют и заменяют стартовые штаммы в процессах с длительной переработкой клеток на бразильских заводах по производству этанола. Используя эти результаты, было выделено несколько промышленно устойчивых штаммов дрожжей, которые в настоящее время используются в качестве посевной культуры на многих заводах [39].

Бактериальное заражение является серьезной проблемой в промышленных установках по производству этанола [40,41].Бактерии имеют тенденцию приспосабливаться к большинству условий, особенно при мезофильных температурах, при наличии питательных веществ, обеспечивающих рост клеток. Бактерии конкурируют с дрожжами, потребляя доступный источник углерода и производя такие соединения, как молочная кислота и уксусная кислота, напрямую влияя на выход этанола и потенциально ингибируя дрожжи. Бактерии часто имеют более короткое время удвоения, чем дрожжи, и поэтому могут со временем доминировать в ферментационном бульоне, особенно при длительных ферментациях и непрерывных процессах.Бактериальное заражение можно контролировать с помощью антибиотиков или условий, неблагоприятных для роста бактерий, таких как низкий pH [41]. Однако антибиотики приводят к образованию труднообрабатываемых отходов, а бактерии также имеют тенденцию приспосабливаться к неблагоприятным условиям [42]. В результате производители этанола первого поколения часто прибегают к быстрой ферментации с высокими начальными концентрациями дрожжей. С точки зрения этанола второго поколения, использование концентрированных гидролизатов подразумевает высокие концентрации ингибиторов, которые могут быть вредными для инфекционных агентов (а также для ферментирующего организма), тем самым уменьшая проблемы загрязнения [43].

Установка для обработки биоэтанола | EDIBON ®

Установка для обработки биоэтанола (EBEB) была разработана для изучения и контроля процесса производства биоэтанола в лабораторных условиях. Это устройство позволяет контролировать и исследовать все важные процессы, от ожижения и осахаривания сырья до преобразования сахара в этанол и дистилляции.

Установка состоит из трех основных компонентов: бака для затора, бродильного бака и дистилляционной установки.

Все сосуды, клапаны и другие аксессуары, контактирующие с технологическими материалами (кроме дистилляционной установки), изготовлены из нержавеющей стали.Дистилляционная установка изготовлена ​​из боросиликатного стекла. Смотровые стекла изготовлены из стекла Neoceram.

Бак для затора имеет входное отверстие на верхней крышке для наполнения водой, крахмалом и ферментами. Его основание слегка наклонено к отверстию для слива раствора или перекачки его в бродильный чан. В процессе затирания крахмал сырья превращается в глюкозу. Добавление фермента альфа-амилазы позволяет разжижать суспензию крахмала. Впоследствии осахаривание начинается с добавления фермента глюкоамилазы.Датчик температуры и pH-метр измеряют свойства смеси в баке. Значение pH регулируется добавлением кислоты и основания.

После осахаривания сусло перекачивается в бродильный чан. Дно бродильного резервуара немного наклонено к отверстию для слива раствора или перекачки его в дистилляционную установку. Процесс брожения происходит после добавления дрожжей, производящих этанол и CO2. Датчик температуры и измеритель CO2 измеряют свойства смеси и концентрацию CO2 в резервуаре.

Оба резервуара косвенно нагреваются горячей водой через рубашку и постоянно перемешиваются. Кроме того, они оснащены смотровым окном, чтобы можно было наблюдать и контролировать процесс. На выходе из рубашки резервуаров расположены два датчика температуры.

Резервуар для затора и резервуар для брожения контролируются горячей водой, которая нагревается системой, состоящей из термостатической бани и насоса. В термостатической ванне расположен дополнительный датчик температуры.

После процесса ферментации препарат перекачивается в дистилляционную установку. Он содержит нагревательный кожух, мешалку, дистилляционную колонну, холодный палец (дефлегматор), конденсатор и сливную воронку. Четыре датчика температуры расположены в разных точках дистилляционной установки.

Центр данных по альтернативным видам топлива: этанольное сырье

Атлас биотоплива

Используйте эту интерактивную карту, чтобы сравнить сырье биомассы и биотопливо по местоположению и рассчитать потенциал биотоплива для данной области.

Практически любой растительный материал может быть этанолом. Все растения содержат сахара, и эти сахара можно ферментировать для получения этанола в процессе, называемом «биохимическая конверсия». Растительный материал также может быть преобразован в этанол с использованием тепла и химикатов в процессе, называемом «термохимическое преобразование» (см. «Производство этанола», чтобы узнать больше об этих процессах).

Выбор сырья зависит от многих факторов, таких как, насколько сложно вырастить конкретную культуру для производства этанола, где можно выращивать культуры (географически), и будут ли эти культуры выделены для других целей, таких как корм для скота или люди. питание.Растительные остатки и древесные отходы также могут использоваться в качестве сырья.

Отчет о миллиардных объемах производства Министерства энергетики США за 2016 год: «Расширение внутренних ресурсов для процветающей биоэкономики» содержит обширную информацию о существующих и потенциальных источниках сырья и его наличии в различных ценовых категориях. Чтобы просмотреть карты сырья, см. Карты биомассы Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии или используйте Атлас биотоплива.

Исходное сырье для этанола на основе крахмала и сахара

Сегодня почти весь производимый в мире этанол получают из сырья на основе крахмала и сахара.Сахара в этом сырье легко извлекать и сбраживать, что делает крупномасштабное производство этанола доступным. Кукуруза является ведущей культурой США и служит сырьем для большей части внутреннего производства этанола. Кукурузный этанол соответствует категории возобновляемого топлива Стандарта на возобновляемые источники топлива (RFS), который ограничен 15 миллиардами галлонов. Это гарантирует наличие достаточного количества сырья для удовлетворения спроса на корма для скота, продукты питания для людей и экспортные рынки.

Сырье целлюлозный этанол

Целлюлозное сырье не является пищевым и включает остатки сельскохозяйственных культур, древесные отходы, специальные энергетические культуры, а также промышленные и другие отходы.Это сырье состоит из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Лигнин обычно отделяется и преобразуется в тепло и электричество для процесса преобразования. Сложнее высвободить сахар из этого сырья для преобразования в этанол. Коммерциализация этих процессов является одним из приоритетов финансирования Управления биоэнергетических технологий Министерства энергетики США.

Целлюлозное сырье имеет ряд преимуществ перед сырьем на основе крахмала и сахара. Их много, и их можно использовать для производства целлюлозного биотоплива, требуемого РФС.Это либо отходы, либо специально выращенные энергетические культуры, собранные с маргинальных земель, не пригодных для выращивания других культур. Для их выращивания, сбора и преобразования в этанол требуется меньше энергии ископаемого топлива, и они не используются в пищу людям. Существуют проблемы со сбором, сбором и доставкой целлюлозного сырья. Исследователи изучают эти проблемы, чтобы найти эффективные и доступные решения по обращению с целлюлозным сырьем.

Подробную информацию о сырье биомассы можно получить в Национальном центре пользователей сырья биомассы Национальной лаборатории Айдахо или в базе данных Phyllis Центра энергетических исследований Нидерландов.

Центр обработки данных по альтернативным видам топлива: Производство этанола

Этанол - это альтернативное топливо местного производства, которое чаще всего производится из кукурузы. Он также производится из целлюлозного сырья, такого как пожнивные остатки и древесина, хотя это встречается не так часто. Заводы по производству этанола в США сосредоточены на Среднем Западе из-за близости к производству кукурузы. Заводы за пределами Среднего Запада обычно получают кукурузу по железной дороге или используют другое сырье и расположены недалеко от крупных населенных пунктов.

Производство

Способ производства этанола зависит от типа используемого сырья. Этот процесс короче для сырья на основе крахмала или сахара, чем для целлюлозного сырья.

Производство этанола на основе крахмала и сахара

Большая часть этанола в Соединенных Штатах производится из сельскохозяйственных культур на основе крахмала путем сухой или мокрой переработки. Почти 90% заводов по производству этанола - это сухие заводы из-за более низких капитальных затрат. Сухой помол - это процесс измельчения кукурузы в муку и ее ферментации до этанола с побочными продуктами из зерен дистилляторов и углекислого газа.Установки мокрого помола в основном производят кукурузные подсластители, а также этанол и некоторые другие побочные продукты (например, кукурузное масло и крахмал). Мокрые мельницы разделяют крахмал, белок и клетчатку в кукурузе перед переработкой этих компонентов в такие продукты, как этанол.

Производство целлюлозы

Производство этанола из целлюлозного сырья, такого как трава, древесина и растительные остатки, является более сложным процессом, чем использование крахмальных культур. Есть два основных пути производства целлюлозного этанола: биохимический и термохимический.Биохимический процесс включает предварительную обработку для высвобождения сахаров гемицеллюлозы с последующим гидролизом для разложения целлюлозы на сахара. Сахар ферментируется в этанол, а лигнин извлекается и используется для производства энергии, необходимой для процесса. Процесс термохимического преобразования включает добавление тепла и химикатов к сырью биомассы для производства синтез-газа, который представляет собой смесь монооксида углерода и водорода. Синтез-газ смешивается с катализатором и превращается в этанол и другие жидкие побочные продукты.

Чтобы узнать больше о процессе конверсии, см. Дизайн процесса и экономика биохимического преобразования лигноцеллюлозной биомассы в этанол: предварительная обработка разбавленной кислотой и ферментативный гидролиз кукурузной соломы и Дизайн процесса и экономика биохимического преобразования лигноцеллюлозной биомассы в этанол: термохимический путь путем Косвенная газификация и смешанный синтез спиртов.

Схема системы распределения топлива

Источник: Дин Армстронг, Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии

Распределение

Большинство заводов по производству этанола в США сконцентрированы на Среднем Западе, но потребление бензина выше всего на Восточном и Западном побережьях (используйте TransAtlas, чтобы увидеть расположение заводов по производству этанола). По данным Министерства сельского хозяйства США, 90% этанола транспортируется поездом или грузовиком. Оставшиеся 10% в основном транспортируются баржами, при этом минимальные объемы транспортируются по трубопроводам.В 2018 году США потребили почти 14,4 миллиарда галлонов этанола; автоцистерна может перевозить от 8 000 до 10 000 галлонов этанола, а один железнодорожный вагон может перевозить приблизительно 30 000 галлонов этанола.

Этанол, бензиновая смесь и добавки доставляются отдельно на топливные терминалы, где они смешиваются с бензовозами для доставки на станции.

Трубопроводы этанола

Подача этанола по трубопроводу - наиболее эффективный вариант, но сродство этанола к воде и свойствам растворителей требует использования выделенного трубопровода или значительной очистки существующих трубопроводов, чтобы преобразовать их в выделенные трубопроводы.Kinder Morgan отправляет партии этанола по трубопроводу Центральной Флориды. Для получения дополнительной информации см. Проект этанола по трубопроводу Центральной Флориды.

Производство биоэтанола из клубней сладкого картофеля с разным сроком хранения :: BioResources

Тиан, С., Чжао, Р., Чжао, Дж. (2018). «Производство биоэтанола из клубней сладкого картофеля с разным сроком хранения», BioRes. 13 (3), 4795-4806.
Реферат

Чтобы удовлетворить потребности в скрининге клубней сладкого картофеля для производства биоэтанола, было собрано 12 генотипов клубней сладкого картофеля в провинциях Хэнань, Шаньдун, Аньхой и Цзянсу, Китай.На основе оптимизированного метода определения процентного содержания сухого вещества были изучены питательный состав и ферментативные свойства. Были различия в составе и их соотношении между сортами сладкого картофеля. Результаты показали, что содержание крахмала слабо коррелировало с другими ингредиентами, в то время как процентное содержание сухого вещества и содержание сбраживаемых сахаров имели тесную корреляцию с содержанием крахмала. Процент содержания сухого вещества значительно и положительно коррелирует с содержанием муки и сбраживаемых сахаров.Процентное содержание сухого вещества и содержание крахмала имели значительную положительную корреляцию с коэффициентом корреляции, который достиг 0,96.


Скачать PDF
Полная статья

Производство биоэтанола из клубней сладкого картофеля с разным сроком хранения

Шуан-Ци Тянь, Жэнь-Юн Чжао * и Цзюнь-Лань Чжао

Чтобы удовлетворить потребности в скрининге клубней сладкого картофеля для производства биоэтанола, было собрано 12 генотипов клубней сладкого картофеля в провинциях Хэнань, Шаньдун, Аньхой и Цзянсу, Китай.На основе оптимизированного метода определения процентного содержания сухого вещества были изучены питательный состав и ферментативные свойства. Были различия в составе и их соотношении между сортами сладкого картофеля. Результаты показали, что содержание крахмала слабо коррелировало с другими ингредиентами, в то время как процентное содержание сухого вещества и содержание сбраживаемых сахаров имели тесную корреляцию с содержанием крахмала. Процент содержания сухого вещества значительно и положительно коррелирует с содержанием муки и сбраживаемых сахаров.Процентное содержание сухого вещества и содержание крахмала имели значительную положительную корреляцию с коэффициентом корреляции, который достиг 0,96.

Ключевые слова: процентное содержание сухого вещества; Лигноцеллюлоза; Брожение биоэтанола; Сахар сбраживаемый

Контактная информация: Колледж пищевых наук и технологий, Технологический университет Хэнань, Чжэнчжоу 450001, Китай; * Автор для переписки: [email protected]

ВВЕДЕНИЕ

Ограничение места для хранения ископаемой энергии и растущая озабоченность по поводу выбросов CO 2 привели к тому, что энергия биомассы стала альтернативой бензину возобновляемым топливом (Malcata 2011; Khoo et al. 2013; Лю и др. 2013). Биоэтанол - идеальная форма энергии биомассы. Производство биоэтанола как нового и воспроизводимого источника энергии в дополнение к энергии ископаемого топлива привлекло внимание во многих странах (Brennan and Owende 2010). Лигноцеллюлозная биомасса является наиболее распространенным возобновляемым сырьем для промышленного производства биоэтанола (Olofsson et al. 2008). Из-за сложной структуры биомассы предварительная обработка необходима, чтобы сделать лигноцеллюлозу более восприимчивой к ферментативной атаке (Park et al. 2010; Ruiz et al. 2012). Просроченный сладкий картофель не предназначен для использования в качестве источника пищи, и поэтому считается многообещающим субстратом для ферментации биоэтанола. У него более высокий выход крахмала на единицу возделываемой земли, чем у лигноцеллюлозы, и было обнаружено, что ферментируемые сахара тесно связаны с содержанием крахмала. (Srichuwong et al. 2009; Ziska et al. 2009; Lee et al. 2012; Duvernay et al. 2013).

Сладкий картофель имеет много преимуществ для выращивания на неосновных землях, таких как засухоустойчивость, устойчивость к соленым и щелочам и способность расти на бедных почвах (Xu et al. 2003; Хуанг и др. 2006). Содержание крахмала в клубнях сладкого картофеля составляет примерно от 20% до 30% на влажной основе, что делает клубни идеальным источником сбраживаемых сахаров для нескольких применений (Zhang et al. 2010). В Китае клубни сладкого картофеля были выбраны в качестве основного сырья для ферментации биоэтанола, поскольку страна производит примерно 85% от общего мирового производства клубней сладкого картофеля (Li et al. 2009; Guo et al. 2014 ).В последнее время растет интерес к использованию сладкого картофеля в качестве заменителя для производства биоэтанола вместо использования жмыха сахарного тростника или кукурузных зерен. Преобразование клубней сладкого картофеля в чипсы или порошок может быть выполнено для облегчения их транспортировки и / или сохранения ресурсов (Ishiguro et al. 2003; Srichuwong et al. 2012).

Хранение клубней сладкого картофеля вызывает множество биохимических изменений в углеводной полимерной фракции клубней (engül et al. 2004; Юсуф и Гинтинг 2014). Состав полимеров клубней сладкого картофеля существенно влияет на качество ферментации и характеристики обработки. Как правило, более длительное хранение клубней сладкого картофеля перед переработкой приводит к потере прочности (Dziedzoave et al. 2010). Значительные различия в перевариваемости крахмала наблюдались среди хранящихся клубней сладкого картофеля (Hansen et al. 2010). Zhang et al. (2002) изучали изменения углеводных полимеров, усвояемости, α-амилазы и пастообразных свойств шести генотипов сохраненного сладкого картофеля ( Ipomoea batatas (L.) Lam) с различным процентным содержанием сухого вещества. Их результаты показали, что у большинства генотипов наблюдается небольшое снижение процентного содержания сухого вещества при хранении.

В этом исследовании, основанном на оптимизированном методе определения содержания крахмала и технологии ферментации, был изучен питательный состав, включая содержание влаги, крахмала, растворимых и сбраживаемых сахаров, а также ферментационные свойства. Затем, согласно корреляционному анализу между характеристиками качества и результатами ферментации, представлены показатели для оценки качества ферментации сладкого картофеля.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Материалы

Все сорта клубней сладкого картофеля ( Ipomoea batatas ), использованные в этом исследовании, были получены из разных провинций Китая. Были использованы двенадцать генотипов сладкого картофеля: Ji 21, Ji 23, Shang 108, Yu 8, Yu 12, Luo 0402, Yu 7, Yan 24, Luoxu 8 #, Xu 27, Shang 19, Wansu 31 и Wan 3. в этом исследовании. Генотипы сладкого картофеля выращивались в провинциях Хэнань, Шаньдун, Аньхой и Цзянсу и в основном выращивались в среднем или нижнем течении Желтой реки в Китае, где они могут широко адаптироваться.После сбора сладкий картофель хранили при температуре от 15 до 20 ° C и относительной влажности от 80 до 90% в Академии сельскохозяйственных и лесных наук в Чжэнчжоу, Китай. Клубни были сняты с хранения через 1, 2, 3, 4 и 5 месяцев для анализа. Клубни сладкого картофеля тщательно промывали, очищали от кожуры, нарезали тонкими чипсами (5 см × 0,5 см × 0,5 см), сушили при 40 ° C в течение 3 часов в печи, а затем сушили в лиофильном шкафу. Образцы измельчали ​​на измельчителе (JYL-C020, Taisite Instrument Co., LTD, Тяньцзинь, Китай), а затем переработали в муку размером 100 меш для анализа.

Аналитические методы

Анализ процентного содержания сухого вещества

Клубни сладкого картофеля выращивали и собирали при различных условиях выращивания, чтобы получить большой разброс в процентном содержании сухого вещества. После сбора урожая клубни сладкого картофеля хранили при температуре от 15 до 20 ° C и относительной влажности от 80 до 90% до дня, предшествующего анализу. Влагосодержание (MC) суспензии сладкого картофеля определяли для трех образцов методом деструктивной сортировки с использованием нагревания при 105 ° C в течение 3 часов в печи, а затем получали для расчета содержания влаги (MC).Используя MC клубней сладкого картофеля, процентное содержание сухого вещества оценивали по формуле. 1,

(1)

, где FC - процентное содержание сухого вещества, а MC - содержание влаги в суспензии сладкого картофеля.

Анализ содержания крахмала

Согласно стандартному методу AACC 76.13.01 растворимые сахара были удалены. Определение содержания крахмала проводили с использованием набора для тестирования Megazyme (включая термостабильную α-амилазу, глюкоамилазу, и т. Д. .; Уиклоу, Ирландия). В строгом соответствии с процедурами и методами тестового набора Megazyme термостабильная α-амилаза и глюкоамилаза завершили гидролиз сладкого картофельного крахмала до глюкозы. Однако коммерческие Liquozyme SC DS и Spirizyme Fuel компании Novozymes (Сучжоу, Китай) использовали вместо ферментов разжижения, глюкоамилазу использовали в соответствующем наборе для анализа общего содержания крахмала Megazyme, а количество добавки и время реакции были изменены.

Анализ содержания глюкозы

Глюкозу анализировали изократически на колонке Rezex RCM (5 мкм, 300 мм × 7.8 мм; Phenomenex, Торранс, США) при 80 ° C с использованием детектора RI, который поддерживали при постоянной температуре 40 ° C. В качестве подвижной фазы использовали сверхчистую воду с объемом впрыска 20 мкл и скоростью потока 0,6 мл / мин.

Анализ содержания сбраживаемых сахаров

Концентрации сбраживаемых сахаров глюкозы, фруктозы и сахарозы определяли с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Анализ ВЭЖХ проводили на жидкостном хроматографе (Welch Materials Inc., Конкорд, США), оборудованный вакуумным дегазатором, четвертичным насосом (G1311B) и RID, подключенным к колонке с сахаром Ultimate XB-Nh3 (250 мм × 4,6 мм × 5,0 мкм; Welch Materials Inc., Конкорд, США). Использовали детектор RI, и его поддерживали при постоянной температуре 40 ° C. Температура колонки с сахаром XB-Nh3 составляла 40 ° C, а подвижной фазой была ACN / сверхчистая вода (75/25, об. / Об.) С объемом впрыска 20 мкл и скоростью потока 1,0 мл / мин.

Анализ содержания биоэтанола

После ферментации содержимое каждого ферментационного бульона полностью переносили в мерную колбу на 1 л.Образцы отбирали из бульона после гомогенного перемешивания, затем 2 мл выливали в центрифужную пробирку и центрифугировали 5 мин со скоростью 10000 об / мин. Анализ продуктов ферментации методом ВЭЖХ определил содержание биоэтанола в водной фазе надосадочной жидкости с помощью мембранной фильтрации 0,45 мкм.

Система ВЭЖХ обычно используется для определения содержания углеводных полимеров, биоэтанола и органических кислот в ферментационных растворах. Стандарт ферментации биоэтанола запускали на 300-мм × 7.8-мм ионная колонка Rezek ROA H + (FLM Scientific Instrument Co.Ltd, Гуанчжоу, Китай). Чтобы эта колонка Rezek ROA эффективно работала в этом процессе, 20 мкл фильтрованные аликвоты вводились во время работы ВЭЖХ. Подвижная фаза представляла собой разбавленный раствор H 2 SO 4 (0,005 N) при скорости потока 0,6 мл / мин и температуре колонки 65 ° C. Использовали детектор RI, и его поддерживали при постоянной температуре 40 ° C.

Ферментация биоэтанола

Микроорганизмы

штаммов дрожжей поддерживали на чашках с агаром, которые содержали 20.0 г / л дрожжевого экстракта, 20,0 г / л пептона, 20,0 г / л глюкозы и 10,0 г / л агара. Размножение культуры проводили в стерилизованной обогащенной среде YPG (3,0 г / л дрожжевого экстракта, 5,0 г / л пептона, 50 г / л глюкозы, 1,0 г / л KH 2 PO 4 и 0,5 г / л. MgSO 4 · 7H 2 O) при 38 ° C и 200 об / мин в течение 30 мин.

Ферментация

После очистки свежих клубней сладкого картофеля клубни очищали от кожуры и нарезали тонкими чипсами (5 см × 0.5 см × 0,5 см). Материалы взбивали с помощью соковыжималки и 100 г мякоти клубней помещали в колбу Эрленмейера на 250 мл. Добавляли объем воды и разжижающего фермента, который был предварительно нагрет до 60 ° C, и колбу помещали в шейкер с вращающейся водяной баней.

Колбы инкубировали в орбитальном шейкере GYROMAX (Amerex Instruments Inc., Конкорд, США) и перемешивали при 170 об / мин. После того, как температура достигала 80 ° C, колбу переносили в шейкер с водяной баней GYROMAX (Amerex Instruments Inc.), перемешивали со скоростью 100 об / мин при 86 ° C, а затем инкубировали в течение 90 мин. После охлаждения сжиженного образца до комнатной температуры к сжижающемуся гидролизату для вакцинации добавляли осахаривающий фермент.

После активации был добавлен один миллилитр жидких дрожжей. Одновременное осахаривание и ферментацию проводили в шейкере постоянного действия Innova 40 (New Brunswick Instruments, Inc., Эдисон, США), который перемешивали при 200 об / мин и температуре 30 ° C. Качество бутылок регистрировали каждые 6 часов.

В процессе ферментации потери массы при ферментации биоэтанола рассчитывались по качеству бутылок до и после ферментации по формуле. 2,

(2)

, где м 1 и м 2 - это сухая масса в бутылках до и после ферментации, соответственно.

Эффективность ферментации биоэтанола была рассчитана с использованием фактических и теоретических выходов производства биоэтанола по формуле.3,

(3)

, где м 1 - фактический выход производства биоэтанола (мл), а м 2 - теоретический выход производства биоэтанола, рассчитанный по содержанию крахмала в клубнях сладкого картофеля (мл).

Статистический анализ

Все эксперименты были выполнены в трех экземплярах и статистически проанализированы с использованием OriginLab 8.5 (Origin Lab Corporation, Хэмптон, США) и SPSS для Windows (версия 16.0, SPSS Inc, Чикаго, США). Результаты были представлены как их средние значения со стандартным отклонением, а уровень значимости p был установлен на 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Влияние продолжительности хранения на процентное содержание сухого вещества

Для клубней сладкого картофеля текстура имеет большое значение для восприятия качества, и хорошо известно, что процентное содержание сухого вещества может быть преобразовано в биоэтанол. Однако процентное содержание сухого вещества в основном зависит от зрелости клубней и компонентов почвы (Lu et al. 2011; Chung et al. 2014). Процент сухого содержания сладкого картофеля относится к процентному содержанию сухого вещества в клубнях сладкого картофеля. Для клубней с высоким содержанием MC наблюдается тенденция к снижению процентного содержания сухого вещества. Было предложено, чтобы клубни сохраняли высокий уровень MC во время первоначального хранения, а влага из клубней терялась по мере увеличения времени хранения. Таким образом, ожидалось, что процентное содержание сухого вещества будет иметь тенденцию к увеличению с течением времени. Результаты анализа процентного содержания сухого вещества 12 генотипов показаны в таблице 1.Процентное содержание сухого вещества варьировалось от 19,7% до 33,4%. Произошли значительные изменения в процентном содержании сухого вещества для различных генотипов, и содержание было ограничено в относительно больших пределах. Luoxu 8 # имел самое высокое содержание сухих веществ, а Xu 27 имел самый низкий процент содержания сухих веществ среди 12 генотипов. Таким образом, было подтверждено, что процентное содержание сухого вещества различается для разных генотипов. Дисперсионный анализ показал, что различия между клубнями сладкого картофеля имели уровень значимости 0,05%.Результаты показали, что на процентное содержание сухого вещества влияют не только генотипы и среда выращивания, но и время хранения.

Таблица 1. Изменения содержания MC при разном времени хранения

LSD - наименьшая значимая разница; Значения представляют собой средние и стандартные отклонения, n = 3; Значения в столбце с разными надстрочными индексами существенно различаются (p <0,05)

Влияние времени хранения на содержание крахмала

Поскольку крахмалы являются наиболее ценными компонентами сладкого картофеля, изменения содержания крахмала во время хранения напрямую влияют на развитие отрасли сладкого картофеля.При производстве биоэтанола содержание крахмала является важной характеристикой, влияющей на эффективность ферментации (Ramasamy et al. 2014). Наблюдался широкий разброс в содержании крахмала в клубнях сладкого картофеля, при этом Wansu 31 содержал самое высокое содержание крахмала (70,23%), а Yu 8 - самое низкое (41,47%) через 5 месяцев (рис. 1). Во время хранения все генотипы показали небольшое снижение содержания крахмала, за исключением Shang 19, Yu 12 и Luo 0402, которые продемонстрировали небольшое увеличение после пятого месяца.Результаты показали, что максимальное содержание крахмала во время сбора урожая снизилось среди 12 генотипов через 5 месяцев. Поэтому при скрининге генотипов на предмет ферментации биоэтанола следует учитывать стабильность этих свойств в необработанных клубнях сладкого картофеля с течением времени. Свежие клубни сладкого картофеля содержат много воды и различных ферментов и микроорганизмов. Содержание крахмала и процессы трансформации различных ферментов сильно коррелируют. Различные клубни претерпевают различное превращение различных химических компонентов во время хранения из-за активности различных ферментов.Результаты этого исследования показали, что размер и объем клубней картофеля значительно влияют на содержание крахмала. Однако не было специального тестирования для определения активности синтаз крахмала и амилолитических ферментов за каждый месяц.

Рис. 1. Влияние времени хранения на содержание крахмала для различных генотипов сладкого картофеля: (A) Yu 8, Ji 21 и Yan 24, (B) Wan 3 и Shang 103, (C) Shang 19 и Luo 0402 и (D) Wansu 31, Luoxu 8 #, Yu 12, Yu 7 и Ji 23; Значения представляют собой средние и стандартные отклонения, n = 3; Значения в столбце с разными надстрочными индексами существенно различаются (p <0.05) (M = месяцы).

Корреляционный анализ процентного содержания сухого вещества и содержания крахмала

Основным компонентом клубней сладкого картофеля является крахмал. Теоретически содержание крахмала при разном времени хранения должно варьироваться в зависимости от процентного содержания сухого вещества. Корреляционный анализ содержания крахмала и процентного содержания сухого вещества в течение всего срока хранения показан в таблице 2. Результаты показали, что содержание крахмала и процентного содержания сухого вещества имели очень значимую корреляцию во время хранения, особенно в течение первого месяца.Однако к пятому месяцу хранения эта корреляция ослабла. В процессе хранения процентное содержание сухого вещества и содержание крахмала имели значительную положительную корреляцию, а коэффициент корреляции достиг 0,96.

Таблица 2. Корреляция между крахмалом и процентным содержанием сухого вещества для различных сроков хранения

** указывает, что значение является значимым для p <0,01; * означает, что значение значимо для p <0,05

Влияние времени хранения на потерю массы при ферментации

Потерю массы при ферментации измеряют путем отслеживания изменения веса колб для ферментации в процессе одновременного осахаривания и ферментации.Реакция ферментации отражает количество газа CO 2 , образующегося во время ферментации. В ходе одновременных процессов осахаривания и ферментации потеря массы при ферментации и количество биоэтанола тесно связаны. Таблица 3 показывает, что различные значения потери массы при ферментации были измерены для разного времени хранения.

Для всех клубней сладкого картофеля потеря массы при ферментации колебалась от 8,95 г / 100 г картофельной мякоти до 13,06 г / 100 г картофельной мякоти.Дисперсионный анализ показал значительную разницу между разными сроками хранения одного и того же генотипа. Однако разное время хранения не оказало значительного влияния на потерю массы при ферментации для Shang 103. Другие генотипы имели различную степень значимых различий, и разные генотипы были очень значимыми при одинаковом времени хранения.

Таблица 3. Изменение потери массы при ферментации клубней сладкого картофеля при разном времени хранения

Значения представляют собой средние значения и стандартные отклонения, n = 3; Значения в столбце с разными надстрочными индексами существенно различаются (p <0.05)

На рис. 2 показана потеря массы в колбах во время биоэтанольной ферментации Ji 21 при разном времени хранения. Результаты отражали скорость производства биоэтанола на протяжении всего процесса ферментации. Результаты показали, что содержание дрожжей было невысоким, потому что скорость размножения дрожжей в течение первых 6 часов была более медленной, что означало, что продукция углекислого газа была ниже; поэтому потеря массы увеличивалась медленно. Однако между 6 и 24 часами ферментации биоэтанола скорость ферментации увеличивалась относительно быстро, что можно увидеть на рисунке, где кривые идут почти прямо вверх.При этом потеря массы через 30 ч практически не изменилась. При уровне значимости 0,05 время хранения оказало значительное влияние на потерю массы при ферментации.

Рис. 2. Зависимость потери массы при ферментации от времени хранения для Ji 21

Влияние времени хранения на производство биоэтанола

Производство биоэтанола - это высшее проявление качества ферментации клубней сладкого картофеля. Во время хранения и процесса ферментации существует множество факторов, которые приводят к изменению выхода биоэтанола из разных генотипов сладкого картофеля в зависимости от времени хранения (Koga et al. 2013).

В этом исследовании было отобрано 12 различных генотипов клубней сладкого картофеля и изучено влияние времени хранения на ферментацию биоэтанола клубней сладкого картофеля с различным содержанием сухого вещества (рис. 3). Производство биоэтанола варьировалось от 6,6 г / 100 г картофельной мякоти до 13,43 г / 100 г картофельной мякоти. Рисунок 3 показывает, что образец с самым высоким выходом биоэтанола был Luoxu 8 #, а образец с самым низким выходом биоэтанола был Yan 24 через 1 месяц.

Для Ji 21, Yu 7 и Shang 19, рис.3А показывает, что выходы ферментационного биоэтанола прогрессивно увеличивались с увеличением времени хранения, а производство биоэтанола достигло максимальных выходов после последнего месяца. Однако выходы производства биоэтанола из Yu 12, Yu 8 и Yan 24 показали волнистые кривые, которые не были регулярными в зависимости от времени хранения (рис. 3B).

На рис. 3С показано, что производство биоэтанола Shang 103, Luoxu 8 # и Wan 3 медленно снижалось со временем хранения. Однако производство биоэтанола Shang 103 и Wan 3 немного увеличилось по сравнению с прошлым месяцем.Производство ферментационного биоэтанола не было регулярным для других генотипов. Эффект от этого эксперимента не был заметным в течение всего времени хранения для Luo 0402. Выходы производства биоэтанола Wansu 31 и Ji 23 менялись нерегулярно, и их максимальные выходы приходились на второй месяц хранения (рис. 3D).

Рис. 3. Влияние времени хранения на продукцию биоэтанола для различных генотипов сладкого картофеля: (A) Ji 21, Yu 7 и Shang 19; (B) Ю 12, Ю 8 и Ян 24; (C) Шан 103, Луосю 8 # и Ван 3; и (D) Луо 0402, Вансу 31 и Цзи 23

Результаты дисперсионного анализа показали, что были значительные различия в производстве биоэтанола при одинаковом времени хранения для разных генотипов сладкого картофеля, и были значительные различия в производстве биоэтанола после разного времени хранения для одного и того же генотипа сладкого картофеля, кроме Луо 0402.Было установлено, что на производство биоэтанола клубнями сладкого картофеля существенно влияют время хранения и генотип.

ВЫВОДЫ

  1. Результаты показали, что процентное содержание сухого вещества напрямую зависит не только от генотипа сладкого картофеля и условий выращивания, но и от продолжительности хранения.
  2. В течение всего срока хранения наблюдалась значительная положительная корреляция между процентным содержанием сухого вещества и содержанием крахмала, а коэффициент корреляции достиг 0.96.
  3. Дисперсионный анализ выявил значительные различия в производстве биоэтанола при одинаковом времени хранения и разных генотипах сладкого картофеля.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы хотели бы выразить признательность за финансовую помощь совместному фонду NSFC и провинции Хэнань (U1604234) и NSFC (31701636). Авторы также хотели бы поблагодарить Национальную инженерную лабораторию по дальнейшей переработке пшеницы и кукурузы за предоставление лабораторного оборудования для проведения исследования и Хэнаньскую академию сельскохозяйственных наук за аутентификацию образцов пшеницы.

ССЫЛКИ

AACC International. 2010. Утвержденные методы анализа , 11-е изд. Метод 76-13.01. Доступно только онлайн. AACC International: Сент-Пол, Миннесота.

Бреннан Л. и Оуэнде П. (2010). «Биотопливо из микроводорослей - обзор технологий производства, обработки и извлечения биотоплива и побочных продуктов», Renew. Sust. Energ. Ред. 14 (2), 557-577. DOI: 10.1016 / j.rser.2009.10.009

Chung, H.-J., Ли, X.-Q., Калинга, Д., Лим, С.-Т., Яда, Р., и Лю, К. (2014). «Физико-химические свойства сухого вещества и изолированного крахмала из картофеля, выращенного в разных местах Канады», Food Res. Int. 57, 89-94. DOI: 10.1016 / j.foodres.2014.01.034

Дюверне У. Х., Чинн М. С. и Йенчо Г. К. (2013). «Гидролиз и ферментация сладкого картофеля для производства сбраживаемых сахаров и этанола», Ind. Crop. Prod. 42, 527-537. DOI: 10.1016 / j.indcrop.2012.06.028

Дзедзоав, Н. Т., Граффэм, А. Дж., Уэстби, А., Отоо, Дж., И Комлага, Г. (2010). «Влияние сорта и среды произрастания на активность β -амилазы муки из сладкого картофеля ( Ipomea batatas )», Food Control 21 (2), 162-165. DOI: 10.1016 / j.foodcont.2009.05.005

Го Дж., Лю Л., Лиан Х., Ли Л. и Ву Х. (2014). «Свойства различных сортов крахмала сладкого картофеля Цзиньхай в Китае», Int. J. Biol. Макромол. 67, 1-6. DOI: 10.1016 / j.ijbiomac.2014.03.002

Хансен, К. Л., Тайбо, А. К., Бертрам, Х. К., Вирек, Н., ван ден Берг, Ф., и Энгельсен, С. Б. (2010). «Определение содержания сухого вещества в клубнях картофеля с помощью низкопольного ядерного магнитного резонанса (LF-ЯМР)», J. Agr. Food Chem. 58 (19), 10300-10304. DOI: 10.1021 / jf101319q

Хуанг, К., Ху, Ф., Ли, Х., Лай, Т., и Юань, Ю. (2006). «Реакция урожайности на внесение удобрений и ее связь с климатом и плодородием почвы в красной рисовой почве», Acta Pedologica Sinica 43 (6), 926-933.

Исигуро, К., Нода, Т., и Ямакава, О. (2003). «Влияние условий выращивания на ретроградацию крахмала сладкого картофеля», Starch-Starke 55, 564-568. DOI: 10.1002 / star.200300189

Юсуф, М., Гинтинг, Э. (2014). «Перспективы и проблемы сладкого картофеля как источника биоэтанола в Индонезии», Engery. Процедуры. 47, 173-179. DOI: 10.1016 / j.egypro.2014.01.211

Ху, Х. Х., Кох, К. Ю., Шайк, М. С., и Шаррат, П. Н. (2013). «Побочные продукты биоэнергетики, полученные из биомассы микроводорослей посредством термохимического преобразования - Энергетические балансы жизненного цикла и выбросы CO 2 », Biresource Technol. 143, 298-307. DOI: 10.1016 / j.biortech.2013.06.004

Кога, Н., Кадзияма, Т., Сенда, К., Икетани, С., Тамия, С., Цуда, С. (2013). «Энергоэффективность методов производства картофеля для производства биоэтанола в северной Японии», евро. J. Agron. 44, 1-8. DOI: 10.1016 / j.eja.2012.07.001

Ли, В.-С., Чен, И.-К., Чанг, С.-Х., Янг, С.-С. (2012). «Производство биоэтанола из сладкого картофеля путем совместной иммобилизации сахаролитических форм и Saccharomyces cerevisiae », Renew.Energ. 39 (1), 216-222. DOI: 10.1016 / j.renene.2011.08.024

Ли, С.-З., и Чан-Халбрендт, К. (2009). «Производство этанола в Китайской Народной Республике: потенциал и технологии», Appl. Energ. 86 (S1), S162-S169. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2009.04.047

Лю X., Сайдах Б., Эранки П., Колози Л. М., Митчелл Б. Г., Родс Дж. И Кларенс А. Ф. (2013). «Данные экспериментального масштаба обеспечивают расширенные оценки энергии жизненного цикла и профиля выбросов биотоплива из водорослей, произведенного посредством гидротермального сжижения », - Bioresource Technol. 148, 163-171. DOI: 10.1016 / j.biortech.2013.08.11

Лу, З.-Х., Яда, Р. Ю., Лю, К., Бизимунгу, Б., Мерфи, А., Де Койер, Д., Ли, Х.-К., и Пинхеро, Р. Г. (2011). «Соотношение физико-химических и питательных свойств сухого вещества и крахмала в картофеле, выращенном в разных местах», Food Chem. 126 (3), 1246-1253. DOI: 10.1016 / j.foodchem.2010.12.037

Мальката, Ф. X. (2011). «Микроводоросли и биотопливо: многообещающее партнерство?» Trends Biotechnol. 29 (11), 542-549. DOI: 10.1016 / j.tibtech.2011.05.005

Олофссон, К., Бертилссон, М., и Лиден, Г. (2008). «Краткий обзор SSF - интересный вариант процесса производства этанола из лигноцеллюлозного сырья», Biotechnol. Биотопливо 1 (1), 1-7. DOI: 10.1186 / 1754-6834-1-7

Пак, Дж., Широма, Р., Аль-Хак, М. И., Чжан, Ю., Ике, М., Араи-Сано, Ю., Ида, А., Кондо, М., и Токуясу, К. ( 2010). «Новая предварительная обработка известью для последующего производства биоэтанола из рисовой соломы - процесс улавливания кальция путем карбонизации (CaCCO)», Bioresource Technol. 101 (17), 6805-6811. DOI: 10.1016 / j.biortech.2010.03.098

Рамасами, У. Р., Липс, С., Баккер, Р., Группен, Х., и Кабель, М. А. (2014). «Улучшенное извлечение крахмала из картофеля с помощью ферментов и снижение содержания воды в остаточных волокнах», Углеводы. Polym. 113, 256-263. DOI: 10.1016 / j.carbpol.2014.07.019

Руис, Х. А., Сильва, Д. П., Рузене, Д. С., Лима, Л. Ф., Висенте, А. А., и Тейшейра, Дж. А. (2012). «Производство биоэтанола из гидротермальной предварительно обработанной соломы пшеницы с помощью флокулирующего штамма Saccharomyces cerevisiae - Влияние условий процесса», Топливо 95, 528-536.DOI: 10.1016 / j.fuel.2011.10.060

engül, M., Keleş, F., and Keleş, M. S. (2004). «Влияние условий хранения (температура, свет, время) и сорта на содержание гликоалкалоидов в клубнях и проростках картофеля», Food Control 15 (4), 281-286. DOI: 10.1016 / S0956-7135 (03) 00077-X

Шричувонг, С., Фудзивара, М., Ван, X., Сеяма, Т., Широма, Р., Аракане, М., Мукодзима, Н., и Токуясу, К. (2009). «Одновременное осахаривание и ферментация (SSF) картофельного пюре с очень высокой плотностью (VHG) для производства этанола», Biomass Bioenerg. 33 (5), 890-898. DOI: 10.1016 / j.biombioe.2009.01.012

Шричувонг, С., Орикаса, Т., Мацуки, Дж., Шиина, Т., Кобаяси, Т., и Токуясу, К. (2012). «Сладкий картофель, содержащий крахмал, желатинизирующийся при низкой температуре, в качестве перспективного сырья для производства биоэтанола», Biomass Bioenerg. 39, 120-127. DOI: 10.1016 / j.biombioe.2011.12.023

Сюй, Р., Чжао, А., Ли, К., Конг, X., и Цзи, Г. (2003). «Кислотный режим красных почв субтропического региона юга Китая в полевых условиях», Geoderma 115 (1-2), 75-84.DOI: 10.1016 / S0016-7061 (03) 00077-6

Циска, Л. Х., Рунион, Г. Б., Томечек, М., Прайор, С. А., Торбет, Х. А., и Сичер, Р. (2009). «Оценка маниока, сладкого картофеля и полевой кукурузы как потенциальных источников углеводов для производства биоэтанола в Алабаме и Мэриленде», Biomass Bioenerg. 33 (11), 1503-1508. DOI: 10.1016 / j.biombioe.2009.07.014

Zhang, L., Chen, Q., Jin, Y., Xue, H., Guan, J., Wang, Z., and Zhao, H. (2010). «Энергосберегающее прямое производство этанола из пюре с пониженной вязкостью сладкого картофеля при очень высокой плотности (VHG)», Fuel Process.Technol. 91 (12), 1845-1850. DOI: 10.1016 / j.fuproc.2010.08.009

Zhang, Z., Wheatley, C.C., and Corke, H. (2002). «Биохимические изменения при хранении корнеплодов сладкого картофеля, различающихся по содержанию сухого вещества», Postharvest Biol. Tec . 24 (3), 317-325. DOI: 10.1016 / S0925-5214 (01) 00149-1

Статья подана: 23 марта 2018 г .; Рецензирование завершено: 23 апреля 2018 г .; Доработанная версия получена: 26 апреля 2018 г .; Принята в печать: 27 апреля 2018 г .; Опубликовано: 2 мая 2018 г.

DOI: 10.15376 / biores.13.3.4795-4806

Объяснение этанола - Управление энергетической информации США (EIA)

Этанол производится из биомассы

Этанол - это возобновляемое биотопливо, потому что оно производится из биомассы. Этанол - это прозрачный бесцветный спирт, изготовленный из различных материалов биомассы, называемых сырьем (сырье, используемое для производства продукта). Производители топливного этанола в США в основном используют зерновые и сельскохозяйственные культуры с высоким содержанием крахмала и сахара в качестве сырья для производства этанола, такого как кукуруза, сорго, ячмень, сахарный тростник и сахарная свекла.Этанол также можно производить из трав, деревьев и сельскохозяйственных и лесных отходов, таких как кукурузные початки и запасы, рисовая солома, опилки и древесная щепа. Этанол получают из этого сырья несколькими способами.

Ферментация - наиболее распространенный метод производства топливного этанола

В наиболее распространенных сегодня процессах производства этанола дрожжи используются для сбраживания крахмала и сахаров кукурузы, сахарного тростника и сахарной свеклы. Кукуруза является основным сырьем для топливного этанола в Соединенных Штатах из-за ее изобилия и относительно низкой исторической цены.Крахмал в зернах кукурузы ферментируется до сахара, который затем ферментируется до спирта.

Сахарный тростник и сахарная свекла являются наиболее распространенным сырьем, используемым для производства топливного этанола в других частях мира. Поскольку алкоголь производится путем ферментации сахара, сахарные посевы легче всего превратить в алкоголь. Бразилия, второй по величине производитель топливного этанола в мире после США, делает большую часть своего топливного этанола из сахарного тростника. Большинство автомобилей в Бразилии могут работать на чистом этаноле или на смеси бензина и этанола.

Исследователи Министерства сельского хозяйства США добавляют дрожжи для начала ферментации этанола

Фото: Скотт Бауэр, Служба сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США (общественное достояние)

Целлюлозный этанол является крупным потенциальным источником топливного этанола

Этанол также можно получить, расщепляя целлюлозу в растительных волокнах. Целлюлозный этанол считается передовым биотопливом и требует более сложного и дорогостоящего производственного процесса, чем ферментация.Однако существуют большие потенциальные источники целлюлозного сырья для непродовольственных культур. Деревья, травы и сельскохозяйственные остатки являются потенциальным сырьем для производства целлюлозного этанола. Деревьям и травам для роста требуется меньше энергии, удобрений и воды, чем для выращивания зерновых, и их также можно выращивать на землях, которые не подходят для выращивания продовольственных культур. Ученые создали быстрорастущие деревья, которые вырастают в полный размер за 10 лет. Многие травы могут давать два урожая в год в течение многих лет без ежегодной пересадки.Несмотря на технический потенциал производства целлюлозного этанола, экономичное производство было труднодостижимым, и в Соединенных Штатах было произведено только относительно небольшое количество целлюлозного топливного этанола.

История этанола

В 1850-х годах этанол был основным топливом для освещения. Во время Гражданской войны этанол был обложен налогом на спиртные напитки, чтобы собрать деньги на войну. Налог настолько увеличил цену этанола, что он больше не мог конкурировать с другими видами топлива, такими как керосин.Производство этанола резко сократилось из-за этого налога, и уровень производства не начал восстанавливаться до тех пор, пока налог не был отменен в 1906 году.

Автомобиль модели Т

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Модель T работала на этаноле

В 1908 году Генри Форд сконструировал свою модель T, очень ранний автомобиль, работающий на смеси бензина и спирта. Форд назвал эту смесь топливом будущего.В 1919 году, когда начался Сухой закон, этанол был запрещен, потому что он считался алкогольным напитком. Его можно было продать только в смеси с нефтью. Этанол снова стал использоваться в качестве топлива после прекращения действия Сухого закона в 1933 году.

Большая часть автомобильного бензина в настоящее время содержит топливный этанол

Использование этанола временно увеличилось во время Второй мировой войны, когда не хватало нефти и других ресурсов. В 1970-х годах интерес к этанолу как транспортному топливу возродился, поскольку нефтяные эмбарго, рост цен на нефть и растущая зависимость от импортируемой нефти повысили интерес к альтернативным видам топлива.С тех пор использование и производство этанола стимулировалось налоговыми льготами и экологическими нормативами, требующими более экологически чистого топлива.

В 2005 году Конгресс принял Стандарт возобновляемого топлива, который установил минимальные требования к использованию возобновляемого топлива, включая этанол. В 2007 году целевые показатели использования возобновляемого топлива RFS должны были неуклонно расти до уровня 36 миллиардов галлонов к 2022 году. В 2020 году в США было израсходовано около 12,6 миллиардов галлонов топливного этанола.Большая часть автомобильного бензина, продаваемого в настоящее время в Соединенных Штатах, составляет около 10% по объему топливного этанола.

Последнее обновление: 21 июня 2021 г.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *