مروری برطراحی، شبیه سازی و آنالیز فنی و اقتصادی تولید سوخت زیستیِ بوتانول

نوع مقاله : مروری

نویسندگان

1 گروه بیوتکنولوژی، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

2 گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

در حال حاضر استفاده از بوتانول زیستی، به عنوان یک جایگزین مناسب برای سوخت­ های فسیلی مورد توجه قرار گرفته است. برخی از ویژگی­ های مهم بوتانول مانند قابلیت اختلاط­ ذیری با بنزین با هر نسبت، ارزش گرمایی بالا و غیرقابل­ حل بودن در آب، باعث برتری آن نسبت به سایر سوخت­های زیستی مانند اتانول شده است. بوتانول زیستی تاکنون تنها در مقیاس آزمایشگاهی تولید شده و رقابت­پذیری آن در مقیاس صنعتی، هنوز با چالش ­های بسیاری رو­ به ­رو است. در این مطالعه، تازه ­ترین پژوهش ­های صورت گرفته در راستای طراحی و شبیه­ سازی بخش­ های گوناگون فرایند تولید بوتانول بررسی شده و آنالیز فنی و اقتصادی آن­ ها ارایه شده است. پژوهش های گسترده­ای در راستای تولید بوتانول از مواد لیگنوسلولزی به عنوان یک ماده اولیه­ ی ارزان،که رقیبی هم برای منابع غذایی محسوب نمی­ شوند، انجام شده و ادامه دارد.  نتیجه­ های ارایه شده نشان می­ دهد، هزینه­ ی تولید بوتانول از مواد اولیه غیرلیگنوسلولزی کم ­تر از مواد لیگنوسلولزی می­ باشد؛ همچنین نتیجه­ ها نشان می ­دهد که با بهبود پارامترهای مؤثر بر فرایند همچون شرایط پیش­ فراوری، روش تخمیر، تغییر در عملکرد باکتری، میزان بازیابی بوتانول از محیط تخمیر و چگونگی خالص سازی فراورده، می­ توان اقتصاد تولید بوتانول از مواد لیگنوسلولزی را  بهبود بخشید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] پاکدل، علی؛ جعفری نصر، محمدرضا، شبیه سازی و بررسی پارامتری چرخه تجمیعی متمرکز کننده­ های سهموی خورشیدی و چرخه آلی رانکین برای تولید توان الکتریکی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)33: 65 تا 83 (1393).
[2] Naik S.N., Goud V.V., Rout P.K., Dalai A.K., Production of First and Second Generation Biofuels: A Comprehensive Review, Renew. Sust. Energy Rev, 14: 578–97 (2010).
 [3] نجفی، بهمن؛ مدل‌سازی سینتیک شیمیایی تولید سوخت بیودیزل از روغن پسماند رستوران، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)30: 25 تا 33 (1390).
 [4] شکرکار، هانیه ؛ ابراهیمی، سیروس، زمانی، مهدی؛ بررسی تجربی و مدل سازی هیدرولیز آنزیمی ریز جلبک به منظور تولید اتانول با استفاده از شبکه عصبی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)36: 191 تا 181 (1396).
[5] Saeed Khan S., Novel Pretreatment Methods to Improve Enzymatic Saccharification of Sugarcane Bagasse: A Report, Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 37(5): 224-234 (2018).
[6] Green EM., Fermentative Production of Butanol- the Industrial Perspective, Curr. Opin. Biotechnol, 22: 337–343 (2011).
[7] Eyidogan M., Ozsezen A. N., Canakci M., and Turkcan A., Impact of Alcohol Gasoline Fuel Blends on the Performance and Combustion Characteristics of an SI Engine, Fuel, 89(10): 2713–2720 (2010).
[8] Karimi K., Tabatabaei M., Horváth IS., Kumar R., Recent Trends in Acetone, Butanol, and Ethanol (ABE) Production, Biofuel Research Journal, 2(4): 301-308 (2015).
[9] Chiao J.S., Sun Z.-H., Histoournalry of the Acetone-Butanol-Ethanol Fermentation Industry in China: Development of Continuous Production Technology, Journal of Molecular Microbiology and Biotechnology, 13(1-3): 12-14 )2007(.
[10] Raj Baral N. Shah A., Techno-Economic Analysis of Cellulosic Butanol Production from
Corn Stover through Acetone-Butanol-Ethanol (ABE) Fermentation, Energy & Fuels, 30(7): 5779-5790 )2016(.
[11] Shafiei M., Kabir M.M., Zilouei H., Horváth I.S., Karimi K., Techno-Economical Study of Biogas Production Improved by Steam Explosion Pretreatment, Biofuel Technologies 148: 53-60 (2013).
[12] Menon V., Rao M., Trends in Bioconversion of Lignocellulose: Biofuels, Platform Chemicals and Biorefinery Concept, Progress in Energy and Combustion Science, 38: 522-550 (2012).
[13] Amiri H., Karimi K., Bankar S., Granström T.," Biobutanol from Lignocellulosic Wastes".  in “lignocellulose-Based Bioproducts”, 289-324, Springer (2015)
[14] Kumar J., Saini R., and Tewari L., Lignocellulosic Agriculture Wastes as Biomass Feedstocks for Second-Generation Bioethanol Production: Concepts and Recent Developments, Biotech, 5(4): 337-353(2015).
[15] Karimi K., Shafiei M., Kumar R., Progress in Physical and Chemical Pretreatment of Lignocellulosic Biomass, Biofuel Technologies, 53-96 (2013).
[16] Procentesea A., Guidaa T., Raganatia F., Olivieri G., Salatino P., Marzocchella A.N., Process Simulation of Biobutanol Production from Lignocellulosic Feedstocks, Chemical Engineering Transactions, 38: 343-348 )2014(.
[17] Karimi K., Amiri H., Zilouei H., Organosolv Pretreatment of Rice Straw for Efficient Acetone, Butanol, and Ethanol Production, Bioresource Technology, 152: 450-456 (2014).
[18] Shafiei M., "Techno-Economic Aspects of Biogas Plants", Springer (2018).
[19] Galbe M., Zacchi G., Pretreatment of Lignocellulosic Materials for Efficient Bioethanol Production, 41-65 (2017).
[20] Sun Y, Cheng J., Hydrolysis of Lignocellulosic Materials for Ethanol Production: A Review, Bioresource Technology, 1-11 (2002).
[21] Galbe M., Zacchi G., A Review of the Production of Ethanol from Softwood, Applied Microbiology and Biotechnology, 59: 618-628)2002(.
[22] Fatehi P., Recent Advancements in Various Steps of Ethanol, Butanol, and Isobutanol Productions from Woody Materials, Biotechnology Progress, 297-310 (2013).
[23] Farmanbordar S., Karimi K., Amiri H., Simultaneous Organosolv Pretreatment and Detoxification of Municipal Solid Waste for Efficient Biobutanol Production, Bioresource Technology, 270: 236-244.
[24] Larsson S., Palmqvist E., The Generation of Fermentation Inhibitors During Dilute Acid Hydrolysis of Softwood, Enzyme and Microbial Technology, 24: 151-159 (1999).
[25] Keis S., Shaheen R., Jones DT., Emended Descriptions of Clostridium Acetobutylicum and Clostridium Beijerinckii, and Descriptions of Clostridium Saccharoperbutylacetonicum Sp. Nov. and Clostridium Saccharobutylicum Sp. Nov, International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 51: 2095-2103 (2001).
[26] Ezeji T.C., Qureshi N., Blaschek H.P., Continuous Butanol Fermentation and Feed Starch Retrogradation: Butanol Fermentation Sustainability Using Clostridium Beijerinckii BA101, J. Biotechnol., 115(2):179-187 (2005).
[27] Asadollahi MA., Rismani-Yazdi H., The Use of Non-Treated Starch for Butanol Production by Clostridium Acetobutylicum, Biological Journal of Microorganism, 4 (14): 1-8.
[28] Mirfakhar M., Asadollahi MA., Amiri H., Karimi K. Phenolic Compounds Removal from Sweet Sorghum Grain for Efficient Biobutanol Production Without Nutrient Supplementation, Ind. Crop. Prod. 108: 225-231(2017).
[29] Kheyrandish M., Asadollahi MA., Jeihanipour A., Doostmohammadi M., Rismani-Yazdi H., Karimi K., Direct Production of Acetone–Butanol–Ethanol from Waste Starch by Free and Immobilized Clostridium Acetobutylicum, Fuel, 142(15): 129-133 (2015).
[30] Gonçalvesa B.J., Crena E., Windmöllerb D., Activated Carbon-Loaded Polydimethylsiloxane Membranes for the Pervaporation of 1-Butanol from Aqueous Solutions, Materials Research, 22(1): (2019).
[31] Tao L., He X., Tan Eric C. D., Zhang M., Aden A., Comparative Techno-Economic Analysis and Reviews of N-Butanol Production from Corn Grain and Corn Stover, Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 8(3): 342-361 (2014).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار