ПРОИЗВОДСТВО ЭТАНОЛА ИЗ КОЛОКАЗИИ (Xanthosoma sagittifolium): ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМОДИНАМИКО-ТОПОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Колоказия (Xanthosoma sagittifolium (L.) Schott) является тропическим растением семейства Araceas. Нигерия, Китай и Гана представляют собой страны, которые в настоящее время являются лидерами мирового производства этого растения. Колумбия не культивирует колоказию в промышленных масштабах, внутри страны данное растение применяют главным образом в качестве корма для животных. Растение имеет надземную часть с высоким содержанием белка в листьях, при этом содержание крахмала в клубнях составляет в среднем около 25% мас. По сравнению с другим сырьем колоказия содержит крахмала намного больше, что позволяет рассматривать ее как первоочередного кандидата в качестве сырья для промышленного производства этанола. При проектировании промышленного процесса следует учесть наиболее передовые технологические решения, которые позволят увеличить его эффективность и устойчивость. По этой причине на этапе разработки стадии очистки этанола использован термодинамико-топологический анализ. В статье представлен технологический процесс производства этанола с использованием клубней колоказии в качестве сырья. Технико-экономическая оценка процесса и измерение его экологических характеристик проведено с использованием современного программного обеспечения: Aspen Plus v8.6 (Aspen Technology, Inc., США) и Алгоритма сокращения отходов (WAR) Агентства по охране окружающей среды EE.UU. (EPA). Стоимость производства этанола составила 1,6 долл. США за килограмм при низком воздействии на окружающую среду. Это отличный стимул для продвижения данного вида сырья в качестве приемлемой альтернативы при производстве этанола. Использование термодинамико-топологического анализа на стадии проектирования этапа очистки процесса оказалось простым очень полезным средством.

Биоэтанол, Колоказия, продовольственная безопасность, технико-экономическая оценка, термодинамико-топологический анализ, экологическая оценка

1. Giacometti D., Leon J. La agricultura amazonica caribena in Cultivos marginados: otra perspectiva de 1492 // Hernandez J. E., Leon J., Ed. Food and Agriculture Organization of the United Nations Documents, 1992. P. 191-333. (in Span.).

2. Oke O. L. Roots, tubers, plantains and bananas in human nutrition // Redhead J., FAO Corporate Document Repository, 1998. 24 p.

3. Onwueme I. C., Charles W. B. Tropical Root and Tuber Crops: Production, Perspectives and Future Prospects // Ed. Food and Agriculture Organization of the United Nations Documents, 1994. 126 p.

4. Gomez M. Acero Duarte L. E., Guia para el cultivo y aprovechamiento del bore Alocasia macrorrhiza (Linneo) Schott // Ed. Convenio Andres Bello, 2002. 43 p. (in Span.).

5. United States Department of Agriculture. Germplasm Resources Information Network (GRIN). // http://www.ars-grin.gov/cgi-bin/npgs/html/taxon.pl?42090.

6. United States Potato Board. Handbook of Potatoes Goodness // http://www.potatogoodness.com/Content/pdf/PPNHandbook_Final.pdf.

7. Rojas Rivera M. A. Estudios de las caracteristicas fisiologicas de la yuca // Undergraduate Thesis. Universidad Tecnologica De Pereira // http://recursosbiblioteca.utp.edu.co/tesisd/textoyanexos/633682R741.pdf

8. Zhang C., Han W., Jing X., Pu G., Wang C. Life cycle economic analysis of fuel ethanol derived from cassava in southwest China // Renew. and Sustain. Energy Rev. 2003. V. 7. P. 353-366.

9. Quintero J., Montoya M. I., Sanchez O. J., Giraldo O. H., Cardona C. Fuel ethanol production from sugarcane and corn: Comparative analysis for a Colombian case // Energy. 2008. V. 33. № 3. P. 385-399.

10. Jarboe L. R., Shanmugam K. T., Ingram L. O. Ethanol in Encyclopedia of Microbiology, Third // M. Schlaechter, Ed. Kidlington, Oxford, United Kingdom: Academic Press, 2009. P. 295-304.

11. Koizumi T. Biofuels and food security // Renew. and Sustain. Energy Rev. 2015. V. 52. P. 829-841.

12. Cardona C., Sanchez O. J., Gutierrez Mosquera L. F. Process synthesis for fuel ethanol production // CRC Press, 2009. 415 p.

13. Quintero J. A., Moncada J., Cardona C. A. Techno-economic analysis of bioethanol production from lignocellulosic residues in Colombia: A process simulation approach // Bioresour. Technol. 2013. V. 139. P. 300-307.

14. Botero Londono J. M. Valor nutricional de forrajes arbustivos para cerdas adultas / J. M. Botero Londono // Master Thesis. Universidad Nacional de Colombia. 2004. // http://www.bdigital.unal.edu.co/6587/1/julianmauricioboterolondono.2004.pdf. (in Span.).

15. Zarate Higuera A., Gallo L. A., Jimenez Arango F. Aprovechamiento del bore (Alocasia macrorrhiza) en la alimentacion de cerdos en etapa de ceba para reducir costos de produccion // Rev. Innovando en la U. 2011. V. 3. P. 115-119. (in Span.).

16. Lopez F., Caicedo A., Alegria G. Evaluacion de tres dietas con harina de hoja de bore (Alocasia macrorrhiza) en pollos de engorde // Rev. MVZ Cordoba. 2012. V. 17. №. 3. P. 3236-3242. (in Span.).

17. Giacometti D., Leon J. Yautia o malanga (Xanthosoma sagittifolium) in Cultivos marginados: otra perspectiva de 1492 // Hernandez J. E., Leon J., Ed. Food and Agriculture Organization of the United Nations Documents, 1992. P. 253-258. (in Span.).

18. Gomez M. E. Una revision sobre el Bore (Alocasia macrorrhiza) in Agroforesteria para la produccion animal en America Latina-II // Ed. Food and Agriculture Organization of the United Nations Documents, 2003, P. 203-212. (in Span.).

19. Dubois M., Gilles K. A., Hamilton J. K., Rebers P. A., Smith F. Phenol sulphuric acid method for total carbohydrate // Anal. Chem. 1956. V. 26. 350 p.

20. Krishnaveni S., Sadavisam S., Balasubramanian T. Phenol sulphuric acid method for total carbohydrate // Food Chem. 1984. V. 15. 229 p.

21. Virunanon C., Ouephanit C., Burapatana V., Chulalaksananukul W. Cassava pulp enzymatic hydrolysis process as a preliminary step in bio-production from waste starchy resources // J. Clean. Prod. 2013. V. 39. P. 273-279.

22. Cardona C. A., Sanchez C. A., Gutierrez L. F. Analisis de la Estatica en Procesos de Destilacion Reactiva in Destilacion Reactiva: Analisis y Diseno Basico, First // Ed. Universidad Nacional de Colombia, 2007. 375 p. (in Spain.).

23. Forero Hernandez H. A. Practical application of thermodynamics in the optimal synthesis of chemical and biotechnological processes / H. A. Forero Hernandez // Master Thesis. Universidad Nacional de Colombia. 2015. // http://www.bdigital.unal.edu.co/50244/1/1053801196.2015.pdf.

24. Pisarenko Y. A., Danilov R., Yu R., Serafimov L. A. Study of modes for the reactive distillation analysis of statics // Theor. Found. Chem. Eng. 1995. V. 29. №. 6. P. 612-621.

25. Stanley D., Bandara A., Fraser S., Chambers P. J., Stanley G. A. The ethanol stress response and ethanol tolerance of Saccharomyces cerevisiae // J. Appl. Microbiol. 2010. V. 109. №. 1. P. 13-24.

26. Zhang Q., Wu D., Lin Y., Wang X., Kong H., Tanaka S. Substrate and product inhibition on yeast performance in ethanol fermentation // Energy and Fuels. 2015. V. 29. №. 2. P. 1019-1027.

27. Gutierrez L. F., Sanchez O. J., Cardona C. A. Analysis and design of extractive fermentation processes using a novel short-cut method // Ind. Eng. Chem. Res. 2013. V. 52. №. 36. P. 12915-12926.

28. Taal M., Bulatov I., Klemes J., Stehlik P. Cost estimation and energy price forecasts for economic evaluation of retrofit projects // Appl. Therm. Eng. 2003. V. 23. №. 14. P. 1819-1835.

29. Moncada J., El-Halwagi M. M., Cardona C. A. Techno-economic analysis for a sugarcane biorefinery: Colombian case // Bioresour. Technol. 2013. V. 135. P. 533-543.

30. Quintero J., Moncada J., Cardona C. Technoeconomic analysis of bioethanol production from lignocellulosic residues in Colombia: a process simulation approach // Bioresour. Technol. 2013. V. 139. P. 300-307.

31. Sassner P., Galbe M., Zacchi G. Technoeconomic evaluation of bioethanol production from three different lignocellulosic materials // Biomass and Bioenergy. 2008. V. 32. №. 5. P. 422-430.

32. Revista Nueva Mineria y Energia, “NME, N.m.y.E. LyD considers risky the proposal of an energetic development based on shale gas // http://www.nuevamineria.com/revista/2013. (in Span.).

33. Young D., Scharp R., Cabezas H. The waste reduction (WAR) algorithm: Environmental impacts, energy consumption, and engineering economics // Waste Manag. 2000. V. 20. №. 8. P. 605-615.

34. Cabezas H., Bare J. C., Mallick S. K. Pollution prevention with chemical process simulators: The generalized waste reduction (WAR) algorithm - Full version // Comput. Chem. Eng. 1999. V. 23. №. 4-5, P. 623-634.

35. Young D., Cabezas H. Designing sustainable processes with simulation: The waste reduction (WAR) algorithm // Comput. Chem. Eng. 1999. V. 23. №. 10. P. 1477-1491.

36. Cardona C., Marulanda V., Young D. Analysis of the environmental impact of butylacetate process through the WAR algorithm // Chem. Eng. Sci. 2004. V. 59. №. 24. P. 5839-5845.

37. Seader D., Henley E. J., Separation Process Principles, Second, V. 1 // Ed. John Wiley & Sons, Inc. 2006. 821 p.

38. Esquivia M. B., Castano H. I., Atehortua L., Acosta A., Mejia C. E. Produccion de etanol a partir de yuca en condiciones de alta concentracion de solidos (VHG) // Rev. Colomb. Biotecnol. 2014. V.16. №. 1. P. 1630 (in Span.).

39. Ingledew W. M. M., Lin Y. H., Ethanol from starch-based feedstocks in Comprehensive biotechnology, Second // Ed. Elsevier. 2011. P. 37-49.

40. Departamento Administrativo Nacional de Estadistica (DANE). Censo de produccion de yuca para uso industrial // https://www.dane.gov.co/files/investigaciones/agropecuario/enda/ena/Censo_plantas_proces_yuca_uso_industrial2003.pdf.

41. Fedebiocombustibles, Precios de Biocombustibles en Colombia 2015. // http://www.fedebiocombustibles. com/estadistica-precios-titulo-Biodiesel.htm.

42. United States Environmental Protection Agency. Understanding Global Warming Potentials. // http://www3.epa.gov/climatechange/ghgemissions/gwps.html.