The biorefinery concept3.1. Definit

The biorefinery concept
3.1. Definition and perspectives
Among the several definition of biorefinery, the most exhaustive was recently performed by the IEA Bioenergy Task 42 “Biorefineries” [25]: “Biorefining is the sustainable processing of biomass into a spectrum of marketable products and energy”.

The biorefinery concept embraces a wide range of technologies able to separate biomass resources (wood, grasses, corn…) into their building blocks (carbohydrates, proteins, triglycerides…) which can be converted to value added products, biofuels and chemicals. A biorefinery is a facility (or network of facilities) that integrates biomass conversion processes and equipment to produce transportation biofuels, power, and chemicals from biomass. This concept is analogous to today’s petroleum refinery, which produces multiple fuels and products from petroleum.

A forward looking approach is the stepwise conversion of large parts of the global economy/industry into a sustainable biobased society having bioenergy, biofuels and biobased products as main pillars and biorefineries as the basis. Such a replacement of oil with biomass will require some breakthrough changes in the today’s production of goods and services: biological and chemical sciences will play a leading role in the generation of future industries and new synergies of biological, physical, chemical and technical sciences must be developed [24].

The efficient production of transportation biofuels is seen as one of the main promoting factors for the future development of biorefineries [26]. In fact, the transportation sector is growing steadily and the demand for renewable (bio-)fuels, which can only be provided from biomass, grows accordingly. As a consequence, the main challenge for biorefinery development seems to be the efficient and cost effective production of transportation biofuels, whereas from the coproduced biomaterials and biochemicals additional economic and environmental benefits can be gained.

The main biobased products are today obtained from conversion of biomass to basic products like starch, oil, and cellulose. In addition, chemicals like lactic acid and amino acids are produced and used in the food industry. Other already commercially available biobased products include adhesives, cleaning compounds, detergents, dielectric fluids, dyes, hydraulic fluids, inks, lubricants, packaging materials, paints and coatings, paper and box board, plastic fillers, polymers, solvents, and sorbents. Some examples of biorefinery and non-conventional biomass industries which are already competitive in the market are listed in Cherubini et al. [27], along with some existing pilot and demo plant.

Most of the existing biofuels and biochemicals are currently produced in single production chains and not within a biorefinery concept, and usually require materials in competition with the food and feed industry. Their exploitation is thereby limited. By contrast, lignocellulosic crops reduce the competition for fertile land, since they can be grown on land which is not suitable for agricultural crops. Moreover, in comparison with conventional crops that can contribute only with a small fraction of the above standing biomass, biorefineries based on lignocellulosic feedstocks can rely on larger biomass per hectare yields, since the whole crop is available as feedstock [24] and [28].

Concerning the conversion plant, consumption of non-renewable energy resources during biorefinery processing should be minimized, along with related environmental impacts, while the complete and efficient biomass use should be maximized. This ecological perspective requires:

•
analyses of three important agricultural and forestry cycles, namely carbon (respiration, photosynthesis, and organic matter decomposition), water (precipitation, evaporation, infiltration, and runoff) and nitrogen (N fixation, mineralization, denitrification) and their interdependencies [29],
•
system performance evaluations at plant scale [30],
•
environmental impact evaluations carried out by means of Life Cycle Assessment [31].
Biorefinery industries are expected to develop as dispersed industrial complexes able to revitalize rural areas. Unlike oil refinery, which almost invariably means very large plants, biorefineries will most probably encompass a whole range of different-sized installations. In this context, several bio-industries can combine their material flows in order to reach a complete utilization of all biomass components: the residue from one bio-industry (e.g. lignin from a lignocellulosic ethanol production plant) becomes an input for other industries, giving rise to integrated bio-industrial systems. In addition, biomass resources are locally available in many countries and their use, may contribute to reduce national dependence on imported fossil fuels.

3.2. Feedstocks
The term “feedstock” refers to raw materials used in biorefinery. The biomass is synthesized via the photosynthetic process that converts atmospheric carbon dioxide and water into sugars. Plants use the sugar to synthesize the complex materials that are generically named biomass. An important stage in biorefinery system is the provision of a renewable, consistent and regular supply of feedstock. Initial processing may be required to increase its energy density to reduce transport, handling and storage costs.

Renewable carbon-based raw materials for biorefinery are provided from four different sectors:

1.
agriculture (dedicated crops and residues),
2.
forestry,
3.
industries (process residues and leftovers) and households (municipal solid waste and wastewaters),
4.
aquaculture (algae and seaweeds).
A further distinction can be done between those feedstocks which come from dedicated crops and residues from agricultural, forestry and industrial activities, which can be available without upstream concerns. The main biomass feedstocks can be grouped in 3 wide categories: carbohydrates and lignin, triglycerides and mixed organic residues.

3.2.1. Carbohydrates and lignin
Carbohydrates (from starch, cellulose and hemicellulose) are molecules of carbon, hydrogen, and oxygen and are by far the most common biomass component found in plant feedstocks. Six-carbon, single-molecule “monosaccharide” sugars (C6H12O6) include glucose, galactose and mannose, while the most common 5-carbon sugars (C5H10O5) are xylose and arabinose. The two most important sugar crops are sugar cane and sugar beet which, together with corn (a starch crop), supply almost all the ethanol that is produced today [32].

Starch (C6H10O5)n is a very large polymer molecule composed of many hundreds or thousands of glucose molecules (polysaccharides), which must be broken down into one or two molecule pieces prior to be fermented. The most widespread starch crops are wheat and corn. Once sugars have been depolymerized (for starch crops) or extracted (for sugar crops) they can be easily fermented to ethanol or used as a substrate for chemical reactions leading to a wide range of chemical products.

Lignocellulosic biomass has three major components: cellulose, hemicellulose and lignin. Cellulose (C6H10O6)n has a strong molecular structure made by long chains of glucose molecules (C6 sugar). The distinction with starch is given by the configuration of the bonds formed across the oxygen molecule that joins two hexose units. Starch can be readily hydrolyzed by enzymes or acid attack to the single sugar monomers, while cellulose (30–50% of total lignocellulosic dry matter) is much more difficult to hydrolyze and set free individual glucose monomers. Hemicellulose (C5H8O5)n is a relatively amorphous component that is easier to break down with chemicals and/or heat than cellulose; it contains a mix of C6 and C5 sugars. It is the second main component of lignocellulosic biomass (20–40% of total feedstock dry matter). Lignin (C9H10O2(OCH3)n), is essentially the glue that provides the overall rigidity to the structure of plants and trees and is made of phenolic polymers. While cellulose and hemicellulose are polysaccharides that can be hydrolyzed to sugars and then fermented to ethanol, lignin cannot be used in fermentation processes, but it may be useful for other purposes (chemical extraction or energy generation). Lignin (15–25% of total feedstock dry matter) is the largest non-carbohydrate fraction of lignocellulose.

Lignocellulosic biomass can be provided either as a crop or as a residue. Large amounts of cellulosic biomass can be produced via dedicated crops like perennial herbaceous plant species, or short rotation woody crops. Other sources of lignocellulosic biomass are waste and residues, like straw from agriculture, wood waste from the pulp and paper industry and forestry residues. The use of waste biomass offers a way of creating value for society, displacing fossil fuels with material that typically would decompose, with no additional land use for its production [33].

3.2.2. Triglycerides
Oils and fats are triglycerides which typically consist of glycerin and saturated and unsaturated fatty acids (their chain length ranges between C8 and C20, but 16, 18 and 20 carbons are the most common). The sources of oils and fats are a variety of vegetable and animal raw materials. Soybean, palm, rapeseed and sunflower oil are the most important in terms of worldwide production [34] and [35]. Vegetable oils are nowadays used for production of biodiesel by reacting with an alcohol, usually methanol. However, they can also be used as a substrate for chemical reactions thanks to two chemically reactive sites: the double bond in the unsaturated fatty acid chain and the acid group of the fatty acid chain [36]. Like sugar and starch crops, oilseed crops are characterized by low yield and high use of inputs. In the future, non-edible crops like Jatropha curcas and Pongamia pinnata, which require lower inputs and are suited to marginal lands, may become the most

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

แนวคิด biorefinery3.1 การคำจำกัดความและมุมมองระหว่างข้อกำหนดต่าง ๆ ของ biorefinery ครบถ้วนสมบูรณ์มากที่สุดเมื่อเร็ว ๆ นี้ทำ โดย IEA พลังงานชีวภาพงาน 42 "Biorefineries" [25]: "Biorefining คือ การประมวลผลอย่างยั่งยืนของชีวมวลในสเปกตรัม marketable ผลิตภัณฑ์และพลังงาน"แนวคิด biorefinery วัฒนธรรมหลากหลายของเทคโนโลยีสามารถแบ่งทรัพยากรชีวมวล (ไม้ หญ้า ข้าวโพด...) การสร้างบล็อก (คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ...ระดับไตรกลีเซอไรด์) ซึ่งสามารถแปลงเพื่อเพิ่มมูลค่าผลิตภัณฑ์ เชื้อเพลิงชีวภาพ และสารเคมี Biorefinery มีสิ่งอำนวยความสะดวก (หรือเครือข่ายของสิ่งอำนวยความสะดวก) ที่รวมกระบวนการแปลงชีวมวลและอุปกรณ์ในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพในการขนส่ง พลังงาน และสารเคมีจากชีวมวล แนวคิดนี้คล้ายคลึงกับวันนี้ปิโตรเลียมโรงกลั่น ซึ่งหลายเชื้อเพลิงและผลิตภัณฑ์จากปิโตรเลียมได้วิธีการมองไปข้างหน้าเป็นส่วนใหญ่ของเศรษฐกิจ/อุตสาหกรรมส่วนกลางแปลง stepwise เป็น biobased ยั่งยืนสังคมมีพลังงานชีวมวล เชื้อเพลิงชีวภาพ และ biobased ผลิตภัณฑ์เป็นเสาหลักและ biorefineries เป็นพื้นฐาน แทนเช่นน้ำมันกับชีวมวลจะต้องเปลี่ยนแปลงความก้าวหน้าในวันนี้การผลิตสินค้าและบริการ: วิทยาเคมี และชีวภาพจะมีบทบาทนำในการสร้างอุตสาหกรรมในอนาคต และแยบยลใหม่วิทยาการชีวภาพ กายภาพ เคมี และเทคนิคต้องพัฒนา [24]การผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพในการขนส่งมีประสิทธิภาพถือเป็นหนึ่งในปัจจัยหลักที่ส่งเสริมการพัฒนาในอนาคตของ biorefineries [26] ในความเป็นจริง ภาคขนส่งมีการเติบโตอย่างต่อเนื่อง และความต้องการทดแทน (ไบโอ-) เชื้อ ซึ่งสามารถเฉพาะได้จากชีวมวล เติบโตขึ้นตามลำดับ ผล ท้าทายหลักสำหรับ biorefinery พัฒนาน่าจะ เป็นการผลิตมีประสิทธิภาพ และประสิทธิผลต้นทุนของการขนส่งเชื้อเพลิงชีวภาพ ในขณะที่ผู้ coproduced และ biochemicals สามารถรับผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจ และสิ่งแวดล้อมเพิ่มเติมวันนี้ผลิตภัณฑ์ biobased หลักจะมาจากแปลงของชีวมวลเพื่อผลิตภัณฑ์พื้นฐานเช่นแป้ง น้ำมัน และเซลลูโลส นอกจากนี้ สารเคมีเช่นกรดแลกติกและกรดอะมิโนที่ผลิต และใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร ผลิตภัณฑ์อื่น ๆ biobased ใช้ได้ในเชิงพาณิชย์แล้วได้แก่กาว ทำความสะอาดสาร ผงซักฟอก ของเหลวเป็นฉนวน สี ของเหลวไฮโดรลิค หมึก หล่อลื่น บรรจุภัณฑ์ สี และเคลือบ กระดาษและกล่อง พลาสติก fillers โพลิเมอร์ หรือสารทำละลาย และ sorbents ตัวอย่างอุตสาหกรรมชีวมวลที่ไม่ธรรมดาซึ่งเป็นแล้วแข่งขันในตลาดและ biorefinery จะแสดงใน Cherubini et al. [27], นักบินที่มีอยู่และสาธิตพืชบางส่วนใหญ่ของเชื้อเพลิงชีวภาพที่มีอยู่และ biochemicals กำลังผลิต ในห่วงโซ่การผลิตเดียว และภาย ในแนว คิด biorefinery ไม่มักจะต้องใช้ในการแข่งขันกับอาหาร และอุตสาหกรรมอาหารด้วย จำกัดจึงถูกเอารัดเอาเปรียบของพวกเขา โดยคมชัด lignocellulosic พืชลดการแข่งขันสำหรับที่ดินอุดมสมบูรณ์ เนื่องจากพวกเขาสามารถปลูกในที่ดินที่ไม่เหมาะสมกับพืชผลทางการเกษตร นอกจากนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับพืชทั่วไปที่สามารถมีส่วนร่วมเท่ากับส่วนเล็ก ๆ ของชีวมวลยืนข้าง biorefineries ตาม lignocellulosic วมวลสามารถพึ่งใหญ่ชีวมวลต่อผลผลิต hectare เนื่องจากพืชทั้งหมดมีวัตถุดิบ [24] และ [28]เกี่ยวกับพืชแปลง ปริมาณการใช้ทรัพยากรไม่หมุนเวียนพลังงานระหว่างประมวลผล biorefinery ควรจะย่อเล็กสุด พร้อมกับผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้อง ในขณะที่การใช้ชีวมวลที่สมบูรณ์ และมีประสิทธิภาพควรขยายใหญ่สุด มุมมองนี้ระบบนิเวศต้อง:•วิเคราะห์ของสามสิ่งสำคัญทางการเกษตรและป่าไม้รอบ ได้แก่คาร์บอน (การหายใจ การสังเคราะห์ด้วยแสง และการแยกส่วนประกอบอินทรีย์), น้ำ (ฝน ระเหย แทรกซึม และไหลบ่า) และไนโตรเจน (N เบี mineralization, denitrification) และของพวกเขากัน [29],•ระบบประเมินประสิทธิภาพการทำงานที่ผลิตกระแส [30],•การประเมินผลกระทบสิ่งแวดล้อมดำเนิน โดยการประเมินวงจรชีวิต [31]อุตสาหกรรม Biorefinery คาดว่าจะพัฒนาเป็นคอมเพล็กซ์ที่อุตสาหกรรมกระจัดกระจายสามารถฟื้นฟูชนบท ซึ่งแตกต่างจากโรงกลั่นน้ำมัน ซึ่งหมายความว่า พืชที่มีขนาดใหญ่มากเกือบเสมอ biorefineries มากที่สุดอาจจะรอบทั้งช่วงของขนาดต่าง ๆ ติดตั้ง ในบริบทนี้ อุตสาหกรรมชีวภาพต่าง ๆ สามารถรวมกระแสของวัสดุเพื่อเข้าถึงการใช้ประโยชน์ที่สมบูรณ์ของส่วนประกอบทั้งหมดของชีวมวล: สารตกค้างจากชีวภาพหนึ่งอุตสาหกรรม (เช่น lignin จากโรงงานผลิตเอทานอ lignocellulosic) กลายเป็น อินพุตสำหรับอุตสาหกรรมต่าง ๆ ให้ขึ้นกับระบบทางชีวภาพอุตสาหกรรมรวมกัน นอกจากนี้ ทรัพยากรชีวมวลมีภายในประเทศและการใช้ อาจนำไปสู่ลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลนำชาติ3.2 วมวลคำว่า "วัตถุดิบ" หมายถึงวัตถุดิบใช้ใน biorefinery ชีวมวลเป็นสังเคราะห์ผ่านการ photosynthetic ที่แปลงบรรยากาศคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเป็นน้ำตาล พืชใช้น้ำตาลในการสังเคราะห์วัสดุซับซ้อนที่มีชื่อว่าชีวมวลโดย ขั้นตอนสำคัญในระบบ biorefinery จะเตรียมจัดหาทดแทน สอดคล้องกัน และปกติของวัตถุดิบ เริ่มต้นการประมวลผลอาจจำเป็นต้องเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานเพื่อลดต้นทุนขนส่ง การจัดการ และจัดเก็บทดแทนคาร์บอนโดยใช้วัตถุดิบสำหรับ biorefinery มีจากภาคสี่แตกต่างกัน:1เกษตร (เฉพาะพืชและตกค้าง),2ป่าไม้3อุตสาหกรรม (การตกค้างและเหลือ) และครัวเรือน (ขยะเทศบาลและ wastewaters),4เพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ (สาหร่ายและสาหร่ายทะเล)ความแตกต่างเพิ่มเติมสามารถทำได้ระหว่างวมวลเหล่านั้นซึ่งมาจากเฉพาะพืชและตกค้าง ป่าไม้และอุตสาหกรรมเกษตร ซึ่งสามารถใช้ได้โดยไม่ต้องกังวลขั้นต้นน้ำ วมวลชีวมวลหลักสามารถจัดกลุ่มประเภท 3 กว้าง: คาร์โบไฮเดรต และ lignin ระดับไตรกลีเซอไรด์ และตกผสมอินทรีย์3.2.1. คาร์โบไฮเดรตและ ligninคาร์โบไฮเดรต (จากแป้ง เซลลูโลส และ hemicellulose) เป็นโมเลกุลของคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน และมีส่วนประกอบชีวมวลมากที่สุดที่พบในพืชวมวลโดย น้ำตาลหกคาร์บอน เชิง โมเลกุลเดี่ยว "monosaccharide" (C6H12O6) ประกอบด้วยน้ำตาลกลูโคส กาแล็กโทส และ mannose ขณะน้ำตาลคาร์บอน 5 ทั่ว (C5H10O5) xylose และ arabinose พืชน้ำตาลสำคัญที่สุดสองคือ อ้อยและนทานที่ ร่วมกับข้าวโพด (เป็นแป้งพืช), จัดหาเอทานอเกือบทั้งหมดที่ผลิต ปัจจุบัน [32]แป้ง (C6H10O5) n เป็นโมเลกุลพอลิเมอร์ขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยหลายร้อยหรือหลายพันโมเลกุลกลูโคส (polysaccharides), ซึ่งต้องแบ่งเป็นหนึ่ง หรือสองชิ้นโมเลกุลจะหมักก่อน พืชแป้งอย่างแพร่หลายมากที่สุดคือ ข้าวสาลีและข้าวโพด เมื่อน้ำตาลถูก depolymerized (สำหรับแป้งพืช) หรือสกัด (สำหรับพืชน้ำตาล) จะสามารถหมักกับเอทานอล หรือใช้เป็นพื้นผิวนำไปสู่ความหลากหลายของผลิตภัณฑ์เคมีปฏิกิริยาเคมีชีวมวล lignocellulosic มีส่วนประกอบหลักสาม: เซลลูโลส hemicellulose และ lignin N เซลลูโลส (C6H10O6) มีโครงสร้างโมเลกุลแข็งแรงทำจากโซ่ยาวของกลูโคสโมเลกุล (C6 น้ำตาล) ความแตกต่างกับแป้งถูกกำหนด โดยการกำหนดค่าของความผูกพันที่เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลออกซิเจนที่รวมสองหน่วยเฮกโซส แป้งสามารถจะพร้อม hydrolyzed โดยเอนไซม์หรือกรดโจมตีการ monomers น้ำตาลเดียว ในขณะที่เซลลูโลส (30 – 50% รวมเรื่องแห้ง lignocellulosic ยากมาก การ hydrolyze ตั้ง monomers กลูโคสแต่ละฟรี N hemicellulose (C5H8O5) เป็นส่วนประกอบค่อนข้างไปที่ง่ายต่อการทำลายลง ด้วยสารเคมีหรือความร้อนกว่าเซลลูโลส ประกอบด้วยส่วนผสมของน้ำตาล C6 และ C5 มันเป็นส่วนประกอบหลักสองของชีวมวล lignocellulosic (20-40% ของวัตถุดิบรวมเรื่องแห้ง) Lignin (C9H10O2(OCH3)n) ได้เป็นกาวที่มีความแข็งแกร่งรวมถึงโครงสร้างของพืชและต้นไม้ และทำจากโพลิเมอร์ฟีนอ ในขณะที่เซลลูโลสและ hemicellulose มี polysaccharides ที่สามารถ hydrolyzed กับน้ำตาล และหมักแล้ว ให้เอทานอล lignin ไม่สามารถใช้ในกระบวนการหมัก แต่มันอาจมีประโยชน์สำหรับวัตถุประสงค์อื่น (เคมีสกัดหรือพลังงานสร้าง) Lignin (15-25% ของวัตถุดิบรวมเรื่องแห้ง) เป็นสัดส่วนไม่ใช่คาร์โบไฮเดรตที่ใหญ่ที่สุดของ lignocelluloseสามารถให้ชีวมวล lignocellulosic เป็นการครอบตัด หรือ เป็นการตกค้าง สามารถผลิตชีวมวล cellulosic จำนวนมากพืชเฉพาะเช่นพันธุ์ไม้ยืนต้น herbaceous หรือพืชหมุนเวียนระยะสั้นวู้ดดี้ อื่น ๆ แหล่งของชีวมวล lignocellulosic จะเสีย และตกค้าง เช่นฟางจากเกษตร ไม้เสียจากอุตสาหกรรมเยื่อและกระดาษและป่าไม้ตก การใช้ชีวมวลขยะมีวิธีสร้างค่าสังคม ฎพยัคฆ์เชื้อเพลิงฟอสซิล ด้วยวัสดุที่โดยปกติจะเปื่อย ด้วยการไม่ใช้ที่ดินเพิ่มเติมสำหรับการผลิต [33]3.2.2. ระดับไตรกลีเซอไรด์น้ำมันและไขมันระดับไตรกลีเซอไรด์ซึ่งโดยทั่วไปประกอบด้วยกลีเซอรีนและในระดับที่สม และอิ่มตัวกรดไขมัน (ช่วงความยาวของโซ่ระหว่าง C8 และ C20 แต่ carbons 16, 18 และ 20 จะพบมากที่สุด) แหล่งมาของน้ำมันและไขมันมีความหลากหลายของสัตว์ และผักดิบ ถั่วเหลือง ปาล์ม เมล็ดต้นเรพ และน้ำมันดอกทานตะวันสำคัญสุดในด้านการผลิตทั่วโลก [34] [35] ปัจจุบันน้ำมันพืชที่ใช้สำหรับผลิตไบโอดีเซล โดยปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์การ เมทานอลมักจะ อย่างไรก็ตาม พวกเขายังสามารถใช้เป็นพื้นผิวที่ในปฏิกิริยาเคมีด้วยไซต์สองปฏิกิริยาสารเคมี: พันธะคู่ในกรดไขมันในระดับที่สมสายและกลุ่มกรดของกรดไขมันโซ่ [36] เช่นน้ำตาลและแป้งพืช พืช oilseed มีลักษณะต่ำและการใช้ปัจจัยการผลิตสูง ในพืชในอนาคต ไม่กิน เช่นสบู่ดำ curcas และ Pongamia pinnata ซึ่งต้องใช้ปัจจัยการผลิตที่ต่ำ และเหมาะกับที่ดินกำไร อาจเป็นที่สุด

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

แนวคิด biorefinery
3.1 ความหมายและมุมมอง
ในบรรดาความหมายหลาย biorefinery ที่ครบถ้วนสมบูรณ์มากที่สุดที่ได้ดำเนินการเร็ว ๆ นี้โดย IEA พลังงานชีวภาพงาน 42 "Biorefineries" [25]:. "Biorefining คือการประมวลผลที่ยั่งยืนของชีวมวลเข้าไปในสเปกตรัมของผลิตภัณฑ์ของตลาดและพลังงาน" แนวคิด biorefinery โอบกอดความหลากหลายของเทคโนโลยีที่สามารถแยกทรัพยากรชีวมวล (ไม้หญ้าข้าวโพด ... ) ลงในบล็อกอาคารของพวกเขา (คาร์โบไฮเดรตโปรตีนไตรกลีเซอไรด์ ... ) ซึ่งสามารถแปลงเป็นมูลค่าเพิ่มผลิตภัณฑ์เชื้อเพลิงชีวภาพและสารเคมี biorefinery เป็นสถานที่ (หรือเครือข่ายของสิ่งอำนวยความสะดวก) ที่บูรณาการกระบวนการแปลงชีวมวลและอุปกรณ์ในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพการขนส่งพลังงานและสารเคมีจากชีวมวล แนวคิดนี้จะคล้ายคลึงกับโรงกลั่นปิโตรเลียมของวันนี้ซึ่งเป็นผู้ผลิตเชื้อเพลิงที่หลากหลายและผลิตภัณฑ์จากปิโตรเลียม. วิธีการมองไปข้างหน้าคือการแปลงแบบขั้นตอนของส่วนใหญ่ของเศรษฐกิจโลก / อุตสาหกรรมในสังคมชีวภาพอย่างยั่งยืนที่มีพลังงานชีวภาพเชื้อเพลิงชีวภาพและผลิตภัณฑ์ชีวภาพเป็นเสาหลัก และ biorefineries เป็นพื้นฐาน เช่นการเปลี่ยนน้ำมันที่มีชีวมวลจะต้องมีการเปลี่ยนแปลงการพัฒนาบางส่วนในการผลิตในปัจจุบันของสินค้าและบริการ: วิทยาศาสตร์เคมีและชีวภาพจะมีบทบาทนำในการผลิตของอุตสาหกรรมในอนาคตและการทำงานร่วมกันใหม่ทางชีวภาพทางกายภาพเคมีและวิทยาศาสตร์ทางเทคนิคจะต้อง การพัฒนา [24]. ผลิตที่มีประสิทธิภาพของเชื้อเพลิงชีวภาพขนส่งถูกมองว่าเป็นหนึ่งในปัจจัยหลักในการส่งเสริมการพัฒนาในอนาคตของ biorefineries [26] ในความเป็นจริงภาคการขนส่งที่มีการเติบโตอย่างต่อเนื่องและความต้องการพลังงานทดแทน (ชีวภาพ) เชื้อเพลิงซึ่งสามารถได้รับจากชีวมวลเติบโตตาม เป็นผลให้ความท้าทายหลักสำหรับการพัฒนา biorefinery ดูเหมือนว่าจะมีการผลิตที่มีประสิทธิภาพและค่าใช้จ่ายที่มีประสิทธิภาพของเชื้อเพลิงชีวภาพขนส่งในขณะที่จากวัสดุชีวภาพและชีวเคมี coproduced ผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อมเพิ่มเติมจะได้รับ. ผลิตภัณฑ์ชีวภาพที่สำคัญคือวันนี้ที่ได้รับจากการแปลงพลังงานชีวมวล ให้กับสินค้าพื้นฐานเช่นแป้งน้ำมันและเซลลูโลส นอกจากนี้สารเคมีเช่นกรดแลคติกและกรดอะมิโนที่มีการผลิตและใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร ผลิตภัณฑ์ชีวภาพที่มีอยู่แล้วในเชิงพาณิชย์อื่น ๆ ได้แก่ กาวสารทำความสะอาดผงซักฟอกของเหลวอิเล็กทริก, สีของเหลวไฮดรอลิหมึกพิมพ์, สารหล่อลื่น, วัสดุบรรจุภัณฑ์สีและเคลือบกระดาษและคณะกรรมการกล่องสารพลาสติกโพลีเมอตัวทำละลายและดูดซับ ตัวอย่างบางส่วนของ biorefinery และอุตสาหกรรมชีวมวลที่ไม่ธรรมดาที่มีอยู่แล้วในการแข่งขันในตลาดที่มีการระบุไว้ใน Cherubini et al, [27] พร้อมกับนักบินที่มีอยู่บางส่วนและโรงงานสาธิต. ส่วนใหญ่ของเชื้อเพลิงชีวภาพที่มีอยู่และชีวเคมีในปัจจุบันมีการผลิตในห่วงโซ่การผลิตเดียวและไม่ได้อยู่ในแนวความคิด biorefinery และมักจะต้องใช้วัสดุในการแข่งขันกับอุตสาหกรรมอาหารและอาหารสัตว์ การแสวงหาผลประโยชน์ของพวกเขาจึงถูก จำกัด โดยคมชัดลิกโนเซลลูโลสพืชลดการแข่งขันสำหรับที่ดินที่อุดมสมบูรณ์เนื่องจากพวกเขาสามารถปลูกบนที่ดินซึ่งไม่เหมาะสำหรับพืชผลทางการเกษตร นอกจากนี้ในการเปรียบเทียบกับการปลูกพืชทั่วไปที่สามารถนำเท่านั้นที่มีส่วนเล็ก ๆ ของชีวมวลที่ยืนอยู่ข้างต้น biorefineries ขึ้นอยู่กับวัตถุดิบลิกโนเซลลูโลสสามารถพึ่งพาชีวมวลขนาดใหญ่อัตราผลตอบแทนต่อเฮกตาร์เนื่องจากพืชที่สามารถใช้ได้ทั้งเป็นวัตถุดิบ [24] และ [28] . เกี่ยวกับการแปลงพืชการบริโภคแหล่งพลังงานที่ไม่หมุนเวียนระหว่างการประมวลผล biorefinery ควรจะลดลงพร้อมกับผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องขณะที่การใช้ชีวมวลที่สมบูรณ์และมีประสิทธิภาพควรจะขยาย มุมมองของระบบนิเวศนี้ต้องใช้: • การวิเคราะห์สามรอบการเกษตรและป่าไม้ที่สำคัญ ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์ (หายใจสังเคราะห์และการสลายตัวของสารอินทรีย์), น้ำ (ฝนระเหยการแทรกซึมและการไหลบ่า) และไนโตรเจน (ตรึง N, แร่, denitrification) และ ประมูลของพวกเขา [29] • การประเมินผลการทำงานของระบบในระดับโรงงาน [30], • การประเมินผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมที่ดำเนินการโดยวิธีการประเมินวัฏจักรชีวิต [31]. Biorefinery อุตสาหกรรมที่คาดว่าจะพัฒนาศูนย์อุตสาหกรรมกระจายเป็นความสามารถในการฟื้นฟูพื้นที่ชนบท ซึ่งแตกต่างจากโรงกลั่นน้ำมันซึ่งเกือบเสมอหมายความว่าพืชมีขนาดใหญ่มาก biorefineries ส่วนใหญ่อาจจะห้อมล้อมทั้งช่วงของการติดตั้งที่แตกต่างกันขนาด ในบริบทนี้หลายชีวภาพอุตสาหกรรมสามารถรวมกระแสวัสดุของพวกเขาเพื่อให้สามารถเข้าถึงการใช้ประโยชน์ที่สมบูรณ์ของทุกองค์ประกอบชีวมวล: สารตกค้างจากชีวภาพอุตสาหกรรม (เช่นลิกนินจากโรงงานผลิตเอทานอลลิกโนเซลลูโลส) กลายเป็นการป้อนข้อมูลสำหรับอุตสาหกรรมอื่น ๆ ให้ เพิ่มขึ้นกับระบบชีวภาพอุตสาหกรรมแบบบูรณาการ นอกจากนี้ยังมีแหล่งชีวมวลในประเทศที่มีอยู่ในหลายประเทศและการใช้งานของพวกเขาอาจจะนำไปสู่การลดการพึ่งพาระดับชาติเกี่ยวกับการนำเข้าเชื้อเพลิงฟอสซิล. 3.2 วัตถุดิบคำว่า "วัตถุดิบ" หมายถึงวัตถุดิบที่ใช้ใน biorefinery ชีวมวลสังเคราะห์ผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสงที่แปลงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศและน้ำเป็นน้ำตาล พืชใช้น้ำตาลในการสังเคราะห์วัสดุที่ซับซ้อนที่มีชื่อทั่วไปชีวมวล ขั้นตอนที่สำคัญในระบบ biorefinery คือการจัดหาทดแทนอุปทานที่สอดคล้องกันและปกติของวัตถุดิบ การประมวลผลครั้งแรกอาจจะต้องเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานเพื่อลดการขนส่งการจัดการและการเก็บค่าใช้จ่าย. ทดแทนคาร์บอนที่ใช้วัตถุดิบสำหรับ biorefinery จะได้รับบริการจากสี่ภาคที่แตกต่างกัน: 1. การเกษตร (พืชทุ่มเทและสารตกค้าง) 2. ป่าไม้3 อุตสาหกรรม (ตกค้างกระบวนการและที่เหลือ) และครัวเรือน (ขยะมูลฝอยเทศบาลและน้ำเสีย) 4. เพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ (สาหร่ายและสาหร่าย). ความแตกต่างต่อไปสามารถทำได้ระหว่างวัตถุดิบเหล่านั้นที่มาจากพืชที่อุทิศตนและสารตกค้างจากการเกษตรป่าไม้และกิจกรรมอุตสาหกรรม ซึ่งสามารถใช้ได้โดยไม่ต้องกังวลต้นน้ำ วัตถุดิบชีวมวลหลักสามารถจัดกลุ่มใน 3 ประเภทกว้าง: คาร์โบไฮเดรตและลิกนิน, ไตรกลีเซอไรด์และสารตกค้างอินทรีย์ผสม. 3.2.1 คาร์โบไฮเดรตและลิกนินคาร์โบไฮเดรต (แป้งเซลลูโลสเฮมิเซลลูโลสและ) เป็นโมเลกุลของคาร์บอนไฮโดรเจนและออกซิเจนและไกลโดยองค์ประกอบชีวมวลที่พบมากที่สุดที่พบในพืชวัตถุดิบ หกคาร์บอนโมเลกุลเดี่ยว "โมโนแซ็กคาไรด์" น้ำตาล (C6H12O6) ประกอบด้วยน้ำตาลกลูโคสกาแลคโตและแมนโนสในขณะที่น้ำตาลที่พบมากที่สุด 5 คาร์บอนไดออกไซด์ (C5H10O5) มีไซโลสและอราบิโน ทั้งสองที่สำคัญที่สุดพืชน้ำตาลอ้อยและน้ำตาลหัวผักกาดซึ่งร่วมกับข้าวโพด (พืชแป้ง) อุปทานเกือบทั้งหมดเอทานอลที่ผลิตในวันนี้ [32]. สตาร์ช (C6H10O5) n เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่มากพอลิเมอประกอบด้วยหลาย หลายร้อยหรือหลายพันโมเลกุลของน้ำตาลกลูโคส (polysaccharides) ซึ่งจะต้องถูกทำลายลงไปหนึ่งหรือสองชิ้นโมเลกุลก่อนที่จะได้รับการหมัก พืชแป้งที่แพร่หลายมากที่สุดคือข้าวสาลีและข้าวโพด เมื่อน้ำตาลได้รับการ depolymerized (สำหรับพืชแป้ง) หรือสกัด (สำหรับพืชน้ำตาล) พวกเขาสามารถได้อย่างง่ายดายเพื่อหมักเอทานอลหรือใช้เป็นสารตั้งต้นในการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีที่นำไปสู่ความหลากหลายของผลิตภัณฑ์เคมี. ชีวมวลลิกโนเซลลูโลสมีองค์ประกอบหลักสาม: เซลลูโลส เฮมิเซลลูโลสและลิกนิน เซลลูโลส (C6H10O6) n มีโครงสร้างโมเลกุลที่แข็งแกร่งทำโดยโซ่ยาวของโมเลกุลกลูโคส (C6 น้ำตาล) แตกต่างกับแป้งจะได้รับจากการกำหนดค่าของพันธบัตรที่เกิดขึ้นทั่วโมเลกุลออกซิเจนที่รวมสองหน่วย hexose แป้งที่สามารถย่อยสลายได้อย่างง่ายดายโดยเอนไซม์หรือการโจมตีกรดโมโนเมอร์น้ำตาลเดียวในขณะที่เซลลูโลส (30-50% ของเรื่องทั้งหมดลิกโนเซลลูโลสแห้ง) มีมากขึ้นยากที่จะย่อยสลายและการตั้งค่าระดับน้ำตาลในแต่ละโมโนเมอร์ฟรี เฮมิเซลลูโลส (C5H8O5) n เป็นส่วนประกอบสัณฐานค่อนข้างที่จะง่ายต่อการทำลายลงด้วยสารเคมีและ / หรือความร้อนกว่าเซลลูโลส; มันมีส่วนผสมของน้ำตาลและ C6 C5 มันเป็นครั้งที่สององค์ประกอบหลักของชีวมวลลิกโนเซลลูโลส (20-40% ของวัตถุดิบทั้งหมดแห้ง) ลิกนิน (C9H10O2 (OCH3) n) เป็นหลักกาวที่ให้ความแข็งแกร่งโดยรวมต่อโครงสร้างของพืชและต้นไม้และทำจากโพลีเมอฟีนอล ในขณะที่เซลลูโลสเฮมิเซลลูโลสและมี polysaccharides ที่สามารถย่อยสลายน้ำตาลและการหมักเอทานอลจากนั้นลิกนินไม่สามารถใช้ในกระบวนการหมัก แต่มันอาจจะมีประโยชน์เพื่อวัตถุประสงค์อื่น ๆ (การสกัดสารเคมีหรือการผลิตพลังงาน) ลิกนิน (15-25% ของเรื่องวัตถุดิบแห้ง) เป็นส่วนที่ไม่ใช่คาร์โบไฮเดรตที่ใหญ่ที่สุดของลิกโนเซลลูโลส. ชีวมวลลิกโนเซลลูโลสสามารถให้บริการไม่ว่าจะเป็นพืชหรือสารตกค้าง จำนวนมากของชีวมวล cellulosic สามารถผลิตพืชผ่านทุ่มเทเช่นพันธุ์พืชสมุนไพรไม้ยืนต้นหรือการหมุนสั้นพืชยืนต้น แหล่งอื่น ๆ ของชีวมวลลิกโนเซลลูโลสจะเสียและสารตกค้างเช่นฟางจากการเกษตร, เศษไม้จากอุตสาหกรรมเยื่อและกระดาษและสารตกค้างป่าไม้ การใช้ชีวมวลขยะมีวิธีการสร้างคุณค่าให้แก่สังคมแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิลด้วยวัสดุที่มักจะสลายตัวโดยไม่มีการใช้ประโยชน์ที่ดินที่เพิ่มขึ้นสำหรับการผลิต [33]. 3.2.2 ไตรกลีเซอไรด์และไขมันไตรกลีเซอไรด์อยู่ซึ่งโดยปกติจะประกอบด้วยกลีเซอรีนและอิ่มตัวและกรดไขมันไม่อิ่มตัว (ความยาวห่วงโซ่ของพวกเขาช่วงระหว่าง C8 และ C20 แต่ 16, 18 และ 20 ก๊อบปี้ที่พบมากที่สุด) แหล่งที่มาของน้ำมันและไขมันที่มีความหลากหลายของผักและวัตถุดิบสัตว์ ถั่วเหลืองปาล์มเรพซีดและน้ำมันดอกทานตะวันเป็นสิ่งสำคัญที่สุดในแง่ของการผลิตทั่วโลก [34] และ [35] น้ำมันพืชที่ใช้ในปัจจุบันสำหรับการผลิตไบโอดีเซลโดยทำปฏิกิริยากับเครื่องดื่มแอลกอฮอล์มักเมทานอล แต่พวกเขายังสามารถใช้เป็นสารตั้งต้นในการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีต้องขอบคุณสองเว็บไซต์ปฏิกิริยาทางเคมี: พันธะคู่ในห่วงโซ่ของกรดไขมันไม่อิ่มตัวและกลุ่มกรดของห่วงโซ่ของกรดไขมัน [36] เช่นน้ำตาลและพืชแป้ง oilseed ข้าวมีลักษณะผลผลิตต่ำและการใช้ปัจจัยการผลิตที่สูงของ ในอนาคตพืชที่ไม่ชอบกินสบู่ดำและ Pongamia pinnata ซึ่งต้องใช้ปัจจัยการผลิตที่ลดลงและมีความเหมาะสมไปยังดินแดนชายขอบอาจจะกลายเป็นส่วนใหญ่

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

แนวคิด *
1 . นิยามและมุมมอง
ระหว่างนิยามหลาย * หมดจดเมื่อเร็ว ๆ นี้ มากที่สุด โดย IEA พลังงานงาน 42 " biorefineries " [ 25 ] : " biorefining คือการประมวลผลที่ยั่งยืนของชีวมวลในสเปกตรัมของผลิตภัณฑ์ที่ขายและพลังงาน

"* รวบรวมแนวคิดที่หลากหลายของเทคโนโลยีที่สามารถแยกทรัพยากรชีวมวล ( ไม้ หญ้า ข้าวโพด . . . . . . . ) เข้าไปในอาคารของพวกเขา ( คาร์โบไฮเดรต , โปรตีน , ไตรกลีเซอไร . . . . . . . ) ซึ่งสามารถแปลงเป็นค่าสินค้าเพิ่ม , เชื้อเพลิงชีวภาพและสารเคมี* เป็นสถานที่ ( หรือเครือข่ายของเครื่อง ) ที่บูรณาการกระบวนการการแปลงชีวมวลและอุปกรณ์การผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ การขนส่ง พลังงาน และสารเคมีจากชีวมวล แนวคิดนี้คล้ายคลึงกับ โรงกลั่นปิโตรเลียมของวันนี้ ซึ่งผลิตเชื้อเพลิงหลายและผลิตภัณฑ์จากปิโตรเลียม .

ข้างหน้ามองวิธีการเป็นเครื่องมือการแปลงชิ้นส่วนขนาดใหญ่ของอุตสาหกรรมเศรษฐกิจทั่วโลก / เป็นอย่างยั่งยืน สังคมมี biobased พลังงานเชื้อเพลิงชีวภาพ และผลิตภัณฑ์ biobased เป็นเสาหลัก และ biorefineries เป็นหลัก เช่นเปลี่ยนน้ำมันกับชีวมวลจะต้องมีการเปลี่ยนแปลงในการผลิตของวันนี้ของสินค้า และบริการ :ชีววิทยาและเคมีจะเล่นบทบาทนำในยุคของอุตสาหกรรมในอนาคตและคุณภาพใหม่ของทางชีวภาพ เคมี และวิทยาศาสตร์ทางด้านเทคนิคจะต้องพัฒนา [ 24 ] .

การผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพที่มีประสิทธิภาพของการขนส่งถูกมองว่าเป็นหนึ่งในหลักปัจจัยเสริมเพื่อพัฒนา biorefineries [ 26 ] ในอนาคต ในความเป็นจริงภาคการขนส่งมีการเติบโตอย่างต่อเนื่อง และความต้องการใช้พลังงานทดแทน ( ไบโอ - ) เชื้อเพลิงซึ่งสามารถได้มาจากชีวมวล เติบโตตาม อย่างไรก็ดี ความท้าทายหลักสำหรับการพัฒนา * ดูเหมือนว่าจะมีประสิทธิภาพ และต้นทุนการผลิตที่มีประสิทธิภาพของพลังงานการขนส่งในขณะที่จาก coproduced วัสดุชีวภาพอัลลิซินและเพิ่มผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจ และสิ่งแวดล้อม สามารถรับ

biobased ผลิตภัณฑ์หลักที่ได้จากการแปลงชีวมวลในวันนี้ผลิตภัณฑ์ขั้นพื้นฐาน เช่น แป้ง น้ำมัน และเซลลูโลส นอกจากนี้ สารเคมี เช่น กรดแลคติก และกรดอะมิโนที่ผลิตและใช้ในอุตสาหกรรมอาหารอื่น ๆแล้วสามารถใช้ได้ในเชิงพาณิชย์ biobased รวมถึงผลิตภัณฑ์กาวทำความสะอาดสารสารไดอิเล็กทริกของเหลวไฮดรอลิของเหลวสี , หมึก , น้ำมันหล่อลื่น , บรรจุภัณฑ์ , สีและเคลือบ กระดาษและบอร์ด กล่องพลาสติก สารโพลิเมอร์ ตัวทำละลาย และด้วยตัวอย่างบางส่วนของ * และไม่ใช่แบบอุตสาหกรรมชีวมวลซึ่งได้แข่งขันในตลาดอยู่ในเชรูบินิ et al . [ 27 ] พร้อมกับบางส่วนที่มีอยู่ นักบิน และพืชสาธิต

ส่วนใหญ่ที่มีอยู่ของเชื้อเพลิงชีวภาพและอัลลิซินกำลังการผลิตในกลุ่มการผลิตเดียวและไม่ภายใน * แนวคิดและมักจะต้องใช้วัสดุในการแข่งขันกับอุตสาหกรรมอาหารและอาหารสัตว์ การใช้ประโยชน์ของพวกเขาคือ งบจำกัด โดยคมชัด , lignocellulosic พืชลดการแข่งขันสำหรับที่ดินที่อุดมสมบูรณ์ เนื่องจากพวกเขาสามารถปลูกบนที่ดินซึ่งไม่เหมาะสำหรับพืชผลทางการเกษตร นอกจากนี้ในการเปรียบเทียบกับการปลูกพืชธรรมดาที่สามารถมีส่วนร่วมกับส่วนเล็ก ๆของชีวมวลที่ยืนอยู่ด้านบนbiorefineries ตาม lignocellulosic วัตถุดิบสามารถพึ่งพาขนาดใหญ่ชีวมวลต่อผลผลิตเฮกตาร์ ตั้งแต่การเพาะปลูกทั้งหมดจะพร้อมใช้งานเป็นวัตถุดิบ [ 24 ] และ [ 28 ] .

เกี่ยวกับการแปลงพืช การบริโภคทรัพยากรในการประมวลผล * ไม่มีพลังงานก็จะลดลง พร้อมกับผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้อง ขณะที่ชีวมวลที่ใช้ควรสมบูรณ์ และมีประสิทธิภาพ ถูกขยายใหญ่สุด