Para Ilmuwan Mengubah Limbah Kayu Keras dan Pertanian Menjadi Biofuel

Menurut laporan baru-baru ini, pada tahun 2050 akan ada 38 juta metrik ton biomassa kayu kering tersedia setiap tahun, menjadikannya sumber karbon yang sangat melimpah untuk produksi biofuel,” kata Carolina Barcelos, insinyur proses senior di Advanced Biofuels dan Berkeley Lab. Unit Pengembangan Proses Bioproduk (ABPDU).

Ketergantungan pada bahan bakar minyak bumi dan kebakaran hutan yang mengamuk: Dua tantangan berskala besar yang terpisah yang dapat diatasi dengan satu terobosan ilmiah.

Proses baru yang disederhanakan oleh Tim dari Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) mengubah limbah kayu dari pertanian dan pengelolaan hutan menjadi etanol, berkolaborasi dengan Sandia National Laboratories untuk mengembangkan proses yang efisien mengubah materi tanaman berkayu seperti pertumbuhan berlebih di hutan dan limbah pertanian bahan yang saat ini dibakar baik sengaja maupun tidak sengaja menjadi biofuel cair. Penelitian mereka baru-baru ini dipublikasikan di jurnal ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

Namun, upaya untuk mengubah biomassa kayu menjadi biofuel biasanya terhalang oleh sifat intrinsik kayu yang membuatnya sangat sulit untuk diuraikan secara kimiawi, tambah ilmuwan riset ABPDU Eric Sundstrom. “Dua studi kami merinci jalur konversi berbiaya rendah untuk sumber biomassa yang akan dibakar di lapangan atau di tumpukan tebang, atau meningkatkan risiko dan keparahan kebakaran hutan musiman. Kami memiliki kemampuan untuk mengubah sumber karbon terbarukan ini dari polusi udara dan bahaya kebakaran menjadi bahan bakar berkelanjutan. “

Dalam sebuah studi yang dipimpinnya (Barcelos dan Sundstrom), para ilmuwan menggunakan bahan kimia tidak beracun, enzim yang tersedia secara komersial, dan strain ragi yang direkayasa secara khusus untuk mengubah kayu menjadi etanol dalam satu reaktor, atau “panci”. Selanjutnya, analisis teknologi dan ekonomi selanjutnya membantu tim mengidentifikasi perbaikan yang diperlukan untuk mencapai produksi etanol dengan harga $ 3 per liter bensin yang setara (GGE) melalui jalur konversi ini. Pekerjaan ini adalah proses ujung ke ujung pertama untuk produksi etanol dari biomassa kayu yang menampilkan efisiensi konversi tinggi dan konfigurasi satu pot sederhana.

Dalam studi pelengkap, yang dipimpin oleh John Gladden dan Lalitendu Das di Joint BioEnergy Institute (JBEI), tim menyempurnakan proses satu pot sehingga dapat mengubah biomassa kayu yang berbasis di California – seperti pinus, almond, kenari , dan puing-puing pohon cemara – dengan tingkat efisiensi yang sama seperti metode yang ada yang digunakan untuk mengubah biomassa herba, meskipun inputnya adalah campuran dari berbagai jenis kayu.

“Menghapus biomassa kayu dari hutan, seperti pinus yang tumbuh terlalu banyak di Sierra, dan dari area pertanian seperti kebun almond di Central Valley California, proses ini dapat mengatasi banyak masalah sekaligus: bencana kebakaran hutan di negara bagian yang rawan kebakaran, bahaya polusi udara dari pembakaran yang terkendali sisa tanaman, dan ketergantungan kami pada bahan bakar fosil, “kata Das, seorang rekan postdoctoral di JBEI dan Sandia. “Selain itu, kami akan secara signifikan mengurangi jumlah karbon yang ditambahkan ke atmosfer dan menciptakan lapangan kerja baru di industri bioenergi.”

Etanol sudah digunakan sebagai aditif pengurang emisi dalam bensin konvensional, biasanya merupakan sekitar 10% dari gas yang kita pompa ke mobil dan truk kita. Beberapa kendaraan khusus dirancang untuk beroperasi dengan bahan bakar dengan komposisi etanol yang lebih tinggi hingga 83%. Selain itu, etanol yang dihasilkan dari biomassa tanaman dapat digunakan sebagai bahan untuk membuat bahan bakar diesel dan jet yang lebih kompleks, yang membantu dekarbonisasi sektor penerbangan dan pengangkutan yang sulit dialiri listrik. Saat ini, sumber etanol berbasis nabati yang paling umum adalah biji jagung bahan bertepung yang jauh lebih mudah terurai secara kimiawi, tetapi membutuhkan tanah, air, dan sumber daya lain untuk memproduksinya.

Studi ini menunjukkan bahwa biomassa kayu dapat secara efisien dipecah dan diubah menjadi biofuel canggih dalam proses terintegrasi yang hemat biaya dengan etanol jagung berbasis pati. Teknologi ini juga dapat digunakan untuk menghasilkan biofuel “drop-in” yang secara kimiawi identik dengan senyawa yang sudah ada dalam bensin dan solar.

Langkah selanjutnya dalam upaya ini adalah mengembangkan, merancang, dan menerapkan teknologi pada skala percontohan, yang didefinisikan sebagai proses yang mengubah 1 ton biomassa per hari. Tim Berkeley Lab bekerja dengan Aemetis, perusahaan bahan bakar terbarukan dan biokimia canggih yang berbasis di Bay Area, akan mengkomersialkan teknologi dan meluncurkannya dalam skala yang lebih besar setelah fase uji coba selesai.

Jurnal Referensi:

• Carolina A. Barcelos, Asun M. Oka, Jipeng Yan, Ezinne C. Achinivu, Harsha Magurudeniya, Lalitendu Das, Jie Dong, Simay Akdemir, Chunsheng Yan, Corinne D. Scown, Nawa Raj Baral, Deepti Tanjore, Ning Sun, Blake A. Simmons, John Gladden, Eric Sundstrom. 2021. High-Efficiency Conversion of Ionic Liquid-Pretreated Woody Biomass to Ethanol at the Pilot Scale. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2021; 9 (11): 4042 DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c07920

• Lalitendu Das, Ezinne C. Achinivu, Carolina Araujo Barcelos, Bashar Amer, Edward E. K. Baidoo, Eric Sundstrom, Blake A. Simmons, Ning Sun, John M. Gladden. 2021. Deconstruction of Woody Biomass via Protic and Aprotic Ionic Liquid Pretreatment for Ethanol Production. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2021; 9 (12): 4422 DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c07925