Um novo processo simplificado transforma resíduos de madeira da agricultura e silvicultura em etanol

Equipes do Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) e Sandia National Laboratories têm colaborado para desenvolver um processo otimizado e eficiente para a conversão de matéria vegetal lenhosa, como crescimento florestal excessivo e resíduos agrícolas, material que atualmente é queimado intencionalmente ou não, em biocombustível líquido. . Sua pesquisa foi publicada recentemente na revista ACS Química e Engenharia Sustentáveis.

“De acordo com um relatório recente, em 2050 haverá 38 milhões de toneladas métricas de biomassa lenhosa seca disponíveis a cada ano, tornando-se uma fonte de carbono excepcionalmente abundante para a produção de biocombustíveis”, disse Carolina Barcelos, engenheira de processo sênior do Berkeley Lab Advanced Biofuels and Bioproducts Unidade de Desenvolvimento de Processos (ABPDU).

No entanto, os esforços para converter biomassa lenhosa em biocombustível são geralmente prejudicados pelas propriedades intrínsecas da madeira que tornam muito difícil sua degradação química, acrescentou o cientista pesquisador da ABPDU Eric Sundstrom. “Nossos dois estudos detalham um caminho de conversão de baixo custo para fontes de biomassa que, de outra forma, queimariam no campo ou em pilhas de toras, ou aumentariam o risco e a gravidade dos incêndios florestais sazonais. Temos a capacidade de transformá-los. Fontes de carbono renováveis ​​de poluição do ar e riscos de incêndio em um combustível sustentável “.

Em um estudo liderado por Barcelos e Sundstrom, os cientistas usaram produtos químicos não tóxicos, enzimas disponíveis no mercado e uma cepa de levedura especialmente projetada para converter madeira em etanol em um único reator ou “pote”. Além disso, uma análise tecnológica e econômica subsequente ajudou a equipe a identificar as melhorias necessárias para atingir a produção de etanol a US $ 3 por galão de gasolina equivalente (GGE) por meio dessa via de conversão. O trabalho é o primeiro processo abrangente para produção de etanol a partir de biomassa lenhosa que apresenta alta eficiência de conversão e uma configuração simples de um vaso. (Como qualquer cozinheiro sabe, as receitas de uma panela são sempre mais fáceis do que as receitas de várias panelas e, neste caso, também significa menos uso de água e energia.)

Em um estudo paralelo, liderado por John Gladden e Lalitendu Das no Joint BioEnergy Institute (JBEI), uma equipe ajustou o processo de vaso único para que pudesse converter biomassa lenhosa da Califórnia, como pinho, amêndoa, noz. e o abeto permanece, com o mesmo nível de eficiência dos métodos existentes de conversão de biomassa herbácea, mesmo quando a entrada é uma mistura de diferentes tipos de madeira.

“Ao remover a biomassa lenhosa de florestas, como pinheiros Sierra overgrown, e áreas agrícolas, como os pomares de amêndoa do Vale Central da Califórnia, podemos resolver vários problemas de uma vez: incêndios florestais desastrosos em estados propensos a incêndios., Perigos de poluição do ar de queima controlada de resíduos de colheita e nossa dependência de combustíveis fósseis “, disse Das, um pós-doutorado no JBEI e Sandia. “Além disso, reduziríamos significativamente a quantidade de carbono adicionado à atmosfera e criaríamos novos empregos na indústria de bioenergia.”

O etanol já é usado como aditivo para reduzir as emissões na gasolina convencional e normalmente representa cerca de 10% da gasolina que injetamos em nossos carros e caminhões. Alguns veículos especiais são projetados para funcionar com combustível com uma composição de etanol superior de até 83%. Além disso, o etanol gerado a partir de biomassa vegetal pode ser usado como ingrediente para fazer diesel e combustíveis mais complexos para aviação, que estão ajudando a descarbonizar os setores de aviação e frete difíceis de eletrificar. Atualmente, a fonte mais comum de etanol de base biológica são os grãos de milho, um material amiláceo muito mais fácil de decompor quimicamente, mas requer terra, água e outros recursos para sua produção.

Esses estudos indicam que a biomassa lenhosa pode ser decomposta de forma eficiente e convertida em biocombustíveis avançados em um processo integrado que é competitivo em custos com o etanol de milho à base de amido. Essas tecnologias também podem ser usadas para produzir biocombustíveis “diretos” que são quimicamente idênticos aos compostos já presentes na gasolina e no diesel.

Os próximos passos nesse esforço são desenvolver, projetar e implementar a tecnologia em escala piloto, que é definida como um processo que converte 1 tonelada de biomassa por dia. As equipes do Berkeley Lab estão trabalhando com a Aemetis, uma empresa de bioquímicos avançados e combustíveis renováveis ​​com sede na Bay Area, para comercializar a tecnologia e lançá-la em maior escala quando a fase piloto for concluída.