Исследования производства энергии из биомассы обычно сосредоточены на количестве произведенной энергии. Но также важно учитывать, сколько энергии уходит на процесс, компонент, которым часто пренебрегают, говорит Тони Грифт, профессор сельскохозяйственной и биологической инженерии в Колледже сельскохозяйственных, потребительских и экологических наук и Инженерном колледже Грейнджера в Университет Иллинойса.
Грифт является соавтором нового исследования, опубликованного в Bioresource Technology Reports, в котором рассматривается эффективность биоконверсии двух продуктов, часто используемых в качестве биомассы для производства энергии, - мискантуса гигантского и багассы из сахарного тростника.
«Наша цель состояла в том, чтобы определить, сколько энергии требуется для подготовки этих материалов. Это всесторонний взгляд на различные методы предварительной обработки и их связь с эффективностью преобразования», - объясняет он.
Эти два материала были выбраны из-за их важности для производства энергии. Мискантус обычно выращивают как декоративную культуру, но он имеет большое количество биомассы и легко растет с очень небольшим использованием азота. Жом сахарного тростника - это побочный продукт, остающийся после измельчения сахарного тростника для извлечения сока для получения сахара.
Исследование было проведено в сотрудничестве с химиками из Калифорнийского университета в Беркли. Грифт говорит, что междисциплинарный подход делает исследование уникальным, поскольку он учитывает весь энергетический баланс. Исследователи из Университета I изучали затраты энергии на сбор и предварительную обработку материалов, в то время как химики из Беркли сосредоточились на преобразовании биомассы в глюкозу, которая используется для производства этанола.
Исследователи определили процент присущей теплотворной способности (PIHV), который измеряет количество энергии, входящей и выходящей из производственного процесса. «Он говорит вам, что у вас есть определенное количество биомассы, которая содержит определенное количество энергии. Сколько энергии вы тратите на переработку? Вы не хотите тратить более 5% от общей энергетической ценности», - говорит Грифт..
Исследователи подвергли два материала девяти различным методам предварительной обработки либо по отдельности, либо в смеси. Предварительная обработка выполняется по разным причинам, объясняет Грифт. После того, как урожай собран, его необходимо транспортировать на перерабатывающий завод, а чтобы сделать транспортировку эффективной, материал сначала подвергается процессу, называемому измельчением, при котором он измельчается или нарезается на более мелкие кусочки, а затем прессуется.
Грифт объясняет, что сбор и сжатие мало что добавляют к уравнению энергии. Основным источником затрат энергии является измельчение или измельчение. Это доводит расход энергии до 5%. «Меньшие размеры частиц облегчают сжатие», - говорит он. «Это также лучше для производства энергии, потому что обеспечивает большую площадь поверхности для прикрепления ферментов в процессе преобразования. Но измельчение требует определенного количества энергии, поэтому есть компромисс».
Методы предварительной обработки включали рубленые и нарезанные стебли, гранулирование, измельчение и различные степени сжатия. Из девяти лечебных групп пять включали мискантус, три включали жмых сахарного тростника и одна включала смесь двух продуктов. Все обработанные материалы подвергались одним и тем же химическим процессам для высвобождения глюкозы.
Исследователи также оценили влияние размера частиц, уровня сжатия и смешивания на эффективность преобразования биомассы. Результаты показали, что измельчение оказало положительное влияние на эффективность мискантуса, но не жома сахарного тростника, в то время как гранулирование имело противоположный эффект. Исследователи также обнаружили, что смесь этих двух материалов в соотношении 50/50 имеет более высокую эффективность преобразования, чем багасса сахарного тростника, но не было существенной разницы по сравнению с одним только мискантусом.
Результаты могут быть использованы для повышения эффективности производства энергии из биомассы, говорит Грифт.
«Различия невелики. Но если вы хотите сделать что-то более масштабное, на самом деле очень важно разобраться в этих вещах», - объясняет он.
Грифт подчеркивает, что результаты являются предварительными и должны быть изучены в дальнейших исследованиях.
Необходимы дальнейшие исследования для подтверждения результатов и расширения базы знаний для других продуктов и других методов предварительной обработки.