Chuỗi giá trị lignocellulose tích hợp trong một nền kinh tế sinh học đang phát triển: Tình hình hiện tại và triển vọng

GCB Bioenergy - Tập 11 Số 1 - Trang 107-117 - 2019
Nicolaus Dahmen1, Iris Lewandowski2, Susanne Zibek3, Annette Weidtmann4
1Institute of Catalysis Research and Technology, Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Eggenstein-Leopoldshafen, Germany
2University of Hohenheim, Chair of Biobased Products and Energy Crops (340b), Stuttgart, Germany
3Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology, Stuttgart, Germany
4Coordination Office Bioeconomy Research Program Baden‐Württemberg University of Hohenheim Stuttgart Germany

Tóm tắt

Tóm tắtLignocellulose là nguồn sinh khối phong phú nhất trên Trái Đất, với ước tính sản xuất hàng năm đạt 181,5 tỷ tấn. Trong số 8,2 tỷ tấn đang được sử dụng, khoảng 7 tỷ tấn được sản xuất từ các nguồn đất nông nghiệp, cỏ và rừng chuyên dụng, trong khi 1,2 tỷ tấn còn lại đến từ các chất thải nông nghiệp. Cần có các phương thức sản xuất và sử dụng lignocellulose hiệu quả về kinh tế và môi trường để mở rộng nền kinh tế sinh học. Bài viết ý kiến này xuất phát từ mạng lưới nghiên cứu "Lignocellulose như một nền tảng tài nguyên mới cho vật liệu và sản phẩm mới" được tài trợ bởi tiểu bang Baden-Württemberg của Đức và tóm tắt các nghiên cứu gốc được trình bày trong số đặc biệt này. Nó đầu tiên thảo luận về cách tổ chức bền vững việc cung cấp sinh khối lignocellulosic và gợi ý rằng cây trồng sinh khối lâu năm (PBC) có khả năng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp sinh khối khu vực cho các nhà máy sinh khối lignocellulosic ở Châu Âu trong tương lai. Sản xuất PBC chuyên dụng có lợi thế cung cấp sinh khối với số lượng và chất lượng đáng tin cậy. Việc điều chỉnh chất lượng PBC thông qua nhân giống và quản lý cây trồng có thể hỗ trợ việc tích hợp các chuỗi giá trị lignocellulosic. Sau đó, hai khái niệm nhà máy sinh khối sử dụng sinh khối lignocellulosic được so sánh và thảo luận: nhà máy sinh khói syngas và nhà máy sinh khối lignocellulosic. Nhà máy sinh khối syngas ít nhạy cảm hơn với chất lượng sinh khối và có kỹ thuật tương đối tiên tiến, nhưng yêu cầu đầu tư cao và cơ sở hạ tầng quy mô lớn để có tính khả thi về kinh tế. Các nhà máy sinh khối lignocellulosic yêu cầu nhiều bước xử lý để tách lignin cứng đầu khỏi cellulose và hemicellulose và chuyển đổi các sản phẩm trung gian thành các sản phẩm có giá trị. Quy trình tinh chế cho các phần lignin và hemicellulose chất lượng cao vẫn cần được phát triển thêm. Một khái niệm về nhà máy sinh khối lignocellulosic mô-đun được trình bày có thể linh hoạt được điều chỉnh cho nhiều loại nguyên liệu và sản phẩm bằng cách kết hợp các công nghệ thích hợp tại cùng một địa điểm hoặc dưới hình thức phân cấp.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1016/j.ijbiomac.2014.12.039

10.1111/gcbb.12548

10.1016/j.still.2007.01.004

BMBF(2012).Biorefineries Roadmaps part of the German Federal Government action plans for the material and energetic utilisation of renewable raw materials.www.bmbf.de/pub/Roadmap_Biorefineries_eng.pdf

10.1016/j.jclepro.2017.05.209

10.1016/j.apenergy.2016.06.050

10.1016/j.biortech.2016.05.111

10.1146/annurev.arplant.043008.092125

ChEBI(2018).ChEBI database (Chemical Entities of Biological Interest (ChEBI)) keyword catechol. Retrieved from:https://www.ebi.ac.uk/chebi/searchId.do?chebiId=CHEBI:18135

10.1111/gcbb.12357

2017, Biorefineries, 216

10.1002/wene.236

10.1021/acs.energyfuels.6b01412

10.1111/gcbb.12285

10.1039/b922422j

10.3389/fmicb.2016.02059

Elbersen B., 2018, Definition and classification of marginal lands suitable for industrial crops in Europe (EU deliverable‐not published yet) (No. 2.1). WUR

Fabbrini F., 2019, Phenotypic characterization of biomass traits across a broad Euro‐Mediterranean ecotypic panel of the lignocellulosic feedstock Arundo donax, Global Change Biology Bioenergy, 11, 153, 10.1111/gcbb.12555

FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations)(2014).Yearbook of forest products 2012. Retrieved from:http://www.fao.org/docrep/019/i3732m/i3732m.pdf

Harmsen P. &Hackmann M.(2013).Green building blocks for biobased plastics – Biobased processes and market development report of Wageningen UR Food & Biobased Research. ISBN 978‐94‐6173‐610‐9.

10.1111/gcbb.12521

10.1016/j.biombioe.2005.05.002

Horlamus F., 2018, One‐step bioconversion of hemicellulose polymers to rhamnolipids with Cellvibrio japonicus: A proof‐of‐concept for a potential host strain in future bioeconomy, Global Change Biology Bioenergy, 2018, 1

IEA Bioenergy(2017).Mapping biorefineries in Europe EU BIC/BBI – Nova Institute. Retrieved from:http://task42.ieabioenergy.com/wp-content/uploads/2018/05/MappingBiorefineriesAppendix_171219.pdf

10.1002/bbb.1487

Kumar D.(2014).Biochemical conversion of lignocellulosic biomass to ethanol: Experimental enzymatic hydrolysis modeling techno‐economic and life cycle assessment studies. Retrieved from:http://ir.library.oregonstate.edu/xmlui/handle/1957/53760

10.1186/s13068-017-0969-8

10.1111/1751-7915.12879

10.1111/gcbb.12551

Laure S., 2014, Assessment of an organosolv lignocellulose biorefinery concept based on a material flow analysis of a pilot plant, Cellulose Chemistry and Technology, 48, 793

10.1007/978-94-007-6455-2_14

10.1016/j.gfs.2015.10.001

10.1007/978-3-319-44530-4_1

10.1016/j.biombioe.2005.11.003

10.3389/fpls.2016.01620

10.1111/gcbb.12584

10.1111/gcbb.12549

10.3390/su10040961

10.1016/j.rser.2015.05.058

10.1016/j.psep.2016.12.007

10.1016/j.resconrec.2017.12.005

Piotrowski S. Essel R. Carus M. Dammer L. &Engel L.(2015).Nachhaltig nutzbare Potenziale für Biokraftstoffe in Nutzungskonkurrenz zur Lebens‐ und Futtermittelproduktion Bioenergie sowie zur stofflichen Nutzung in Deutschland Europa und der Welt. Retrieved fromhttp://bio-based.eu/downloads/nachhaltig-nutzbare-potenziale-fuer-biokraftstoffe-in-nutzungskonkurrenz-zur-lebens-und-futtermittelproduktion-bioenergie-sowie-zur-stofflichen-nutzung-in-deutschland-europa-und-der-welt/

RISE(2015).Roadmap 2015–2025: The pulp mill biorefinery. Retrieved fromhttps://www.ri.se/sites/default/files/files/docs/roadmap_the_pulp_mill_biorefinery.pdf

10.1111/gcbb.12546

10.1111/gcbb.12538

10.1111/gcbb.12562

10.1111/gcbb.12575

10.1186/s40643-017-0155-7

10.1016/j.pecs.2006.08.001

Sticklen M., 2008, Plant genetic engineering for biofuel production: Towards affordable cellulosic ethanol, NatureReviews|genetics, 9, 433

10.1021/cr400309c

The High Level Panel of Experts on Food Security and Nutrition (HLPE). (2013).Biofuels and food security. Retrieved fromhttp://www.fao.org/3/a-i2952e.pdf

10.1016/j.energy.2011.03.013

Tóth G. Montanarella L. &Rusco E.(2008).Threats to soil quality in Europe. JRC Scientific and Technical Reports EUR 23438 EN. European Commission Joint Research Centre Institute for Environment and Sustainability Ispra Italy.

10.1111/gcbb.12567

10.1016/j.ultsonch.2013.05.001

10.1016/j.biortech.2015.08.102

Thông tin
Thông tin xuất bản

GCB Bioenergy

Tập 11 Số 1

107-117

Thông tin tác giả