Cellulosic Ethanol
While ethanol is typically produced from the starch contained in grains such as corn and grain sorghum, it can also be produced from cellulose. Cellulose is the main component of plant cell walls and is the most common organic compound on earth. It is more difficult to break down cellulose to convert it into usable sugars for ethanol production. Yet, making ethanol from cellulose dramatically expands the types and amount of available material for ethanol production. This includes many materials now regarded as wastes requiring disposal, as well as corn stalks, rice straw and wood chips or "energy crops" of fast-growing trees and grasses.
Producing ethanol from cellulose promises to greatly increase the volume of fuel ethanol that can be produced in the U.S. and abroad. A recent report found the land resources in the U.S. are capable of producing a sustainable supply of 1.3 billion tons per year of biomass, and that 1 billion tons of biomass would be sufficient to displace 30 percent or more of the country's present petroleum consumption.
Importantly, it offers tremendous opportunities for new jobs and economic growth outside the traditional "grain belt," with production across the country from locally available resources. Cellulose ethanol production will also provide additional greenhouse gas emissions reductions.
With continued advancements in pretreatment technology, fermentation, and collection and storage logistics, the commercial production of cellulose ethanol becomes more economically feasible.
Ethanol from Biomass Enzymatic Hydrolysis
Harvesting cereal crops (corn, wheat, barley, etc.) generates a large amount of biomass residues, comprised manly of stalks and leaves. A substantial amount of these under-utilized residues could be collected and used as raw material for ethanol production, without affecting soil quality. Biorefinery technologies are being developed to convert a wide range of biomass feedstock into ethanol, chemicals and feed. The feedstock includes agricultural residues, wood residues, and potential energy crops such as switchgrass and poplar. This approach enables Biorefinery Technologies to be deployed across wide geographical areas.
Compared with dry-mill process, production of ethanol from agricultural residues, specifically, corn stover and wheat straw, requires extensive processing to release the polymeric sugars in cellulose and hemicellulose that account for 30 to 50% and 20 to 35% of plant material, respectively. Biorefinery process fractionates biomass into major constituents, hydrolyze the carbohydrates to sugars for ethanol fermentation. The process technology is based on the following criteria:
- Best available technology demonstrated at pilot-plant and commercial demonstration scale;
- Potential for further improvement to be competitive with starch-based ethanol production;
- Compatibility with cereal ethanol production process to achieve synergistic gains when integrating biomass enzymatic hydrolysis and fermentation with cereal ethanol production facility (for example, the two processes could share utilities and even certain process equipment).
ETANOL CELULÓSICO
Mientras el bioetanol se consigue típicamente desde el almidón contenido en granos tales como maíz ó sorgo, puede ser también ser producido a partir de celulosa. Celulosa es el principal componente de las células vegetales, y es el componente orgánico más común en todo el planeta. Es más difícil romper la celulosa para convertirla en azúcares usables para la producción de etanol. Aún así, hacer etanol a partir de celulosa expande dramáticamente los tipos y la cantidad de material disponible para su producción. Esto incluye muchos materiales ahora relegados como desperdicios que requieren disposición, como por ejemplo tallos de maíz, paja de arroz y chips de madera, ó “cultivos energéticos” de árboles de crecimiento rápido y gramíneas.
Producir etanol desde la celulosa promete un gran incremento del volumen del biocombustible que puede ser producido en USA y demás países. Un reporte reciente encontró que los recursos de tierras en USA son capaces de producir una oferta sostenible de 1.300 millones de toneladas por año de biomasa, y que 1.000 millones de toneladas de biomasa podrían ser suficientes para desplazar 30% ó más del actual consumo de petróleo en USA.
De manera importante, esto ofrece una tremenda oportunidad para nuevos trabajos y crecimiento económico por fuera del tradicional “cinturón cerealero”, con producción a través de todo USA a partir de recursos disponibles localmente.
Con continuados avances en tecnología de pre-tratamiento, fermentación, logística de cosecha y almacenamiento,la producción comercial de etanol celulósico se convierte en más factible económicamente.
Hidrólisis enzimática de la biomasa
La producción de cereales (maíz, trigo, cebada, etc.) genera una gran cantidad de residuos agrícolas, principalmente los tallos y las hojas. Una cantidad substancial de estos residuos poco aprovechados se podría recoger y utilizar como materia prima para la producción de etanol sin afectar el equilibrio ecológico. Se están desarrollando tecnologías de biorefinería para convertir una amplia gama de materia de biomasa en etanol, productos químicos y pienso. La materia incluye los residuos agrícolas, los residuos de madera, y los potenciales cultivos energéticos como “switchgrass” y álamo. Este planteamiento permite que las tecnologías de biorefinería sean extendidas a través de amplias áreas geográficas.
Comparado con el proceso tradicional a partir de cereales, la producción del etanol a partir de los residuos agrícolas, específicamente los residuos del maíz y la paja del trigo, requiere un proceso intenso para liberar las estructuras poliméricas de azúcares presentes en la celulosa y en la hemicelulosa, que suponen del 30 a 50% y del 20 a 35% del material de la planta, respectivamente. El proceso de biorefinería fracciona la biomasa en sus componentes más importantes e hidroliza los carbohidratos a azúcares simples para la fermentación del etanol. La tecnología se basa en lo siguiente:
- La tecnología se ha demostrado extensivamente a escala de planta piloto y a escala de demostración comercial;
- Potencial adicional de mejora para ser competitiva con la producción de etanol a partir de almidón;
- Compatibilidad con el proceso tradicional de producción de etanol a partir de cereal, lo que permitirá alcanzar mejoras y sinergias al integrar la hidrólisis enzimática de la biomasa y la fermentación con la planta de producción de etanol de cereal (por ejemplo, los dos procesos podrían compartir servicios e incluso ciertos equipos de proceso).
