4.2. Биохимические методы
Среди различных биохимических методов конверсии биомассы наибольшее распространение имеют два процесса: аэробное сбраживание, в результате которого образуется этанол, и анаэробная переработка, позволяющая получить конечные продукты в виде биогаза и ценных органических удобрений [25, с. 530].
Аэробное сбраживание. Гидролизат ферментируется дрожжами при температурном режиме 30...38 °С и в условиях перемешивания. По окончанию процесса брожения жидкость, содержащая 4...5 % C2H5OH, отфильтровывается и перегоняется. Перегонка дает спирт с концентрацией 50...70, а затем 90...95 %. Дистилляция получаемого этанола - наиболее технологически сложная и энергетически затратная стадия технологического процесса аэробного сбраживания.
Технология аэробного сбраживания перспективна в отношении переработки жома сахарного тростника - багассы. Багасса является крупнотоннажным отходом тростниково-сахарного производства. Гидролиз багассы и последующее сбраживание гидролизата обеспечивают высокий, до 52 % от растворимого вещества жома, выход этанола [14, с. 211].
Производство этанола в мире в 2008 г. составило 65 527 млн. литров. Из них на долю Бразилии приходилось24 465 млн. м3, на долю США -34 776 млн. м3. Из 12 млн. автомобилей Бразилии 5 млн. машин заправлялись этанолом [48]. В двигателях внутреннего сгорания может применяться как 95 %-ный этанол, так и обезвоженный 100 %- ный продукт. Этанол прекрасно горит, выдерживает ударные нагрузки без взрыва. Мощность двигателя, работающего на смеси бензина и спирта, возрастает на 20 % по сравнению со сжиганием чистого бензина.
Биоэтанол как топливо нейтрален в качестве источника парниковых газов. Он обладает нулевым балансом диоксида углерода, поскольку при его производстве путём брожения и последующем сгорании выделяется столько же CO2, сколько до этого было взято из атмосферы использованными для его производства растениями.
В 2006 году применение этанола в США позволило сократить выбросы около 8 млн. т парниковых газов (в СО2 эквиваленте), что примерно равно годовым выхлопам 1,21 млн. автомобилей [31, с. 17].
Анаэробное сбраживание в противоположность ферментации превращает существенно большее количества веществ растительного и животного происхождения в метан.
Сбраживание является эффективным процессом переработки биомассы, поскольку большая часть энергии исходного сырья переходит в образующийся метан, и только малая ее часть потребляется клетками микроорганизмов.
Содержание СН4 в биогазе изменяется от 50 % при переработке домашнего мусора до 70 %, если ферментируются трава или сосновая хвоя. Верхним пределом теплотворной способности чистого, осушенного СН4, равна 41,9 МДж/м3.
Рис. 6. Удельный выход м3 биогаза при сбраживании биомассы (в пересчете на сухое вещество) различного происхождения [14, с. 213].
Как правило, анаэробному сбраживанию подвергаются органические отходы, в т. ч. навоз крупного рогатого скота. Твердый остаток биомассы после сбраживания представляет собой высококонцентрированное азотно-фосфорное удобрение и корм для рыбоводческих хозяйств [14, с. 213].