Woraus besteht Cellulose-Ethanol?
Cellulose-Ethanol ist ein Biokraftstoff, der aus Cellulose hergestellt wird, dem Hauptbestandteil der Zellwände von Pflanzen. Cellulose ist in allen Pflanzen enthalten und die häufigste organische Verbindung der Erde. Während es schwieriger ist, Ethanol aus Zellulose herzustellen als aus Stärke oder zuckerbasierten Pflanzen wie Mais, sind die Quellen für Zellulose praktisch unbegrenzt. Dies ist ein großer Vorteil, der es den Erzeugern ermöglicht, Ressourcen wie landwirtschaftliche Abfälle, Nebenprodukte der Rasen-, Garten- und Baumpflege und Non-Food-Pflanzen, die schnell wachsen und auf weniger begehrten Flächen angebaut werden können, zu nutzen.
Es gibt zwei Hauptarten von Ausgangsstoffen oder Rohstoffen, die zur Herstellung von Zelluloseethanol verwendet werden: landwirtschaftliche Biomasse und Waldbiomasse. Landwirtschaftliche Biomasse kann Abfallstoffe aus Nahrungspflanzen wie Maiskolben, Maisstroh oder Reisstroh enthalten. Es kann auch aus Pflanzen stammen, die speziell für die Energieerzeugung angebaut wurden. Einige Kulturen, die verwendet werden können, umfassen Switchgrass, Zuckerrohr und Miscanthus. Dürre- und witterungsbeständige Kulturpflanzen, die nicht nach jedem Anbau neu gepflanzt werden müssen, werden in der Regel bevorzugt.
Wald- oder Holzbiomasse bietet auch eine Vielzahl von Optionen für die Ethanolproduktion und weist gegenüber landwirtschaftlicher Biomasse bestimmte Verarbeitungsvorteile auf, die sie zu einer wertvollen Alternative machen. Wie bei landwirtschaftlicher Biomasse können bestimmte Baumarten speziell als Energiepflanzen kultiviert werden. Kurzumtriebige Baumkulturen, die schnell gepflanzt, geerntet und neu gepflanzt werden können, sind die idealen Kandidaten für den Einsatz in der Ethanolproduktion auf Zellulosebasis. Forstliche Nebenprodukte sind eine weitere Option. Holzspäne, Rinde und Sägemehl können verwendet werden. Eine andere Alternative ist Altpapierzellstoff.
Um Celluloseethanol herzustellen, kann eines von zwei Hauptverfahren verwendet werden. Das erste ist die Cellulolyse, ein Verfahren, bei dem Cellulose durch Hydrolyse in einfachen Zucker aufgespalten wird. Die Cellulose wird vorbehandelt, um einen Teil ihrer starren Struktur sowohl physikalisch als auch chemisch abzubauen. Es ist dann für den Hydrolyseprozess zugänglicher, der die Moleküle unter Verwendung von Enzymen, die Cellulaseenzyme genannt werden, in Zucker zerlegt. Die Zucker werden von allen übrigen Stoffen getrennt und dann unter Verwendung von Mikroben fermentiert und destilliert.
Der zweite Prozess, der verwendet werden kann, ist die Vergasung. Bei der Vergasung wird der in der Cellulose enthaltene Kohlenstoff durch Teilverbrennung in Wasserstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid umgewandelt. Ein Mikroorganismus namens Clostridium ljungdhalii wird dann verwendet, um diese Gase zu fermentieren und in Ethanol und Wasser umzuwandeln. Das Ethanol wird dann aus dem Wasser abdestilliert.