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Enhancing corn stover to bio-jet fuel process: Valorizing lignin-enriched residue for energy, economic, and environmental benefits
Biomass & Bioenergy ( IF 5.8 ) Pub Date : 2024-08-15 , DOI: 10.1016/j.biombioe.2024.107338 Jingkang Shi , Zhongyang Luo , Haoran Sun , Qian Qian , Qi Wei , Longfei Li
Biomass & Bioenergy ( IF 5.8 ) Pub Date : 2024-08-15 , DOI: 10.1016/j.biombioe.2024.107338 Jingkang Shi , Zhongyang Luo , Haoran Sun , Qian Qian , Qi Wei , Longfei Li
Bio-jet fuels are considered as a highly promising strategy for minimizing carbon emissions in the aviation sector. This study presents a scheme for producing bio-jet fuel from corn stover through aqueous phase conversion, focusing on the economics and environmental performance of various lignin utilization technologies. Three scenarios were simulated using Aspen Plus, each integrating a different approach: lignin hydrothermal conversion to jet fuel range arenes (LtoA), lignin gasification-syngas fermentation to ethanol (LtoE), and lignin direct combustion (LC). The energy conversion rates of the three cases are 32.75 %, 32.67 %, and 31.44 %, in that order. Technical-economic analysis and life cycle assessment were conducted for each scenario. The minimum jet fuel selling prices (MJFSP) for the three scenarios range between 2050 and 2562 $/t, 2095–2620 $/t, and 2024–2529 $/t, with greenhouse gas (GHG) emissions reduced by 33 %, 383 %, and 37 % compared to fossil jet fuel, respectively. Steam stripping for furfural production is the largest energy consumer, hindering economic improvement and GHG emission reduction due to inefficient furfural yield. The use of sulfuric acid and NaOH as catalysts contributes significantly to 37 % of greenhouse gas (GHG) emissions and 79 % of human toxicity emissions among other environmental impacts. The development of green solvents and the enhancement of lignin conversion rates could further improve the economic and environmental performance of bio-jet fuel.
中文翻译:
增强玉米秸秆到生物航空燃料的工艺:提高富含木质素的残留物的价值,以实现能源、经济和环境效益
生物喷气燃料被认为是减少航空领域碳排放的一种非常有前途的策略。本研究提出了一种通过水相转化从玉米秸秆生产生物喷气燃料的方案,重点关注各种木质素利用技术的经济性和环境性能。使用 Aspen Plus 模拟了三种场景,每种场景都集成了不同的方法:木质素水热转化为喷气燃料芳烃 (LtoA)、木质素气化-合成气发酵为乙醇 (LtoE) 和木质素直接燃烧 (LC)。三种情况的能量转化率依次为32.75%、32.67%、31.44%。对每种情景进行了技术经济分析和生命周期评估。三种情景的最低航空燃油销售价格(MJFSP)范围为 2050 至 2562 美元/吨、2095-2620 美元/吨和 2024-2529 美元/吨,温室气体(GHG)排放量减少 33%,383与化石喷气燃料相比,分别为 37% 和 37%。糠醛生产的蒸汽汽提是最大的能源消耗者,由于糠醛产量低,阻碍了经济改善和温室气体减排。使用硫酸和 NaOH 作为催化剂造成了 37% 的温室气体 (GHG) 排放量和 79% 的人类毒性排放量以及其他环境影响。绿色溶剂的开发和木质素转化率的提高可以进一步提高生物喷气燃料的经济和环境性能。
更新日期:2024-08-15
中文翻译:
增强玉米秸秆到生物航空燃料的工艺:提高富含木质素的残留物的价值,以实现能源、经济和环境效益
生物喷气燃料被认为是减少航空领域碳排放的一种非常有前途的策略。本研究提出了一种通过水相转化从玉米秸秆生产生物喷气燃料的方案,重点关注各种木质素利用技术的经济性和环境性能。使用 Aspen Plus 模拟了三种场景,每种场景都集成了不同的方法:木质素水热转化为喷气燃料芳烃 (LtoA)、木质素气化-合成气发酵为乙醇 (LtoE) 和木质素直接燃烧 (LC)。三种情况的能量转化率依次为32.75%、32.67%、31.44%。对每种情景进行了技术经济分析和生命周期评估。三种情景的最低航空燃油销售价格(MJFSP)范围为 2050 至 2562 美元/吨、2095-2620 美元/吨和 2024-2529 美元/吨,温室气体(GHG)排放量减少 33%,383与化石喷气燃料相比,分别为 37% 和 37%。糠醛生产的蒸汽汽提是最大的能源消耗者,由于糠醛产量低,阻碍了经济改善和温室气体减排。使用硫酸和 NaOH 作为催化剂造成了 37% 的温室气体 (GHG) 排放量和 79% 的人类毒性排放量以及其他环境影响。绿色溶剂的开发和木质素转化率的提高可以进一步提高生物喷气燃料的经济和环境性能。