프로젝트 데이터내 프로젝트의 목적은 지역 및 기존 소스에서 소규모 에탄올 생산에 대한 비용 입력 및 에너지 출력을 결정하는 것입니다. 저는 바이오 연료 농업 장비로 재배된 지역 재배 유기농 사탕무를 사용하기로 결정했습니다. 현지 공급원의 비용과 비교하여 멕시코에서 운송되어 현지 식당 공급 회사에서 판매되는 기존 설탕도 사용했습니다. 게다가 테스트를 위해아말의 에탄올을 증류 해서 만들었습니다.
에탄올은 대부분의 4사이클 스파크 점화 엔진에서 연료로 사용할 수 있는 곡물 알코올입니다. 에탄올을 만드는 과정은 사탕무와 같은 설탕 작물에서 설탕을 추출하거나 옥수수나 감자와 같은 작물의 전분을 설탕으로 전환하는 것부터 시작됩니다. 에탄올 생산에 사용되는 작물은 "사료"로 명명됩니다. 전분 작물과 설탕 작물은 모두 생산되는 지역에 따라 장점이 있습니다. 설탕 작물의 장점은 전분을 전환할 필요가 없기 때문에 에너지 투입이 덜 필요하다는 것입니다. 옥수수의 장점은 썩기 전에 사탕무보다 훨씬 오랫동안 보관할 수 있다는 것입니다. 계절과 지역에 가장 적합한 작물이라 사탕무를 사용하고 있습니다. 사탕무를 즙으로 짜내고 물을 끓여서 설탕을 추출합니다. 이제 이 용액을 "매시(mash)"라고 부르며 발효한 다음 증류하여 에탄올을 추출할 수 있습니다. 에탄올 연료는 알코올 함량이 80% 이상인 경우 대부분의 개조된 엔진에 사용할 수 있습니다. 에탄올은 물과 결합하는 강력한 능력으로 인해 마지막 5%의 물을 제거할 수 없습니다. 따라서 증류기에서 가능한 가장 높은 수율은 95% 에탄올입니다. 에탄올과 휘발유를 혼합하는 경우 휘발유와 에탄올이 분리되는 것을 방지하기 위해 모든 물을 제거해야 합니다.
내용물
사탕무에서 에탄올을 만드는 과정
사탕무 착즙
나는 사탕무를 씻은 다음 주스기에 들어갈 수 있도록 잘게 썬 것부터 시작했습니다. 나는 18파운드의 사탕무를 착즙하여 1.4갤런의 주스와 7.5파운드의 과육을 얻었습니다. 그런 다음 2갤런의 물을 추가하고 주스와 펄프를 함께 혼합하여 총 5갤런의 양을 만들었습니다.
2갤런의 사탕무 주스가 담긴 5갤런 양동이.
주서기(비트킬라!!).
사탕무를 착즙하여 얻은 펄프입니다.
사탕무 발효
매시를 189F로 가열하고 온도를 20분 동안 유지하여 박테리아를 죽였습니다. 총 가열 과정은 45분이 걸렸습니다. 매쉬를 80F로 식힌 다음 온라인으로 구매한 터보 이스트 100g을 추가했습니다. 터보 효모는 48시간 안에 최대 14%의 alc를 생산한다고 주장되는 특별한 효모 종입니다. 매시를 발효할 때 가능한 한 가장 높은 alc%를 달성하는 것이 중요합니다. 그래야 증류 후에 더 많은 alc가 수집될 수 있습니다. 효모를 첨가한 후 용액을 20분 동안 교반하여 효모 활성화를 증가시킨 다음 뚜껑과 에어 잠금 장치에 놓았습니다. 모든 설탕이 알코올로 전환되기를 바라면서 매쉬를 72시간 동안 발효시켰습니다. 용액이 너무 진해서 정확한 비중계 판독이 불가능했기 때문에 매쉬의 최종 alc%를 결정할 수 없었습니다.
비트 매시 증류
발효된 매시 상단에 떠오른 과육을 긁어낸 후 나머지 매시를 증류기의 보일러로 옮겼습니다. 증류는 초기 증류 온도 20.7C에서 시작되었습니다. 프로판 버너에서 83분 동안 가열한 후 여전히 온도는 78℃에 도달했습니다. 증류물은 증류기 밖으로 흘러나오기 시작했고 .18Liters/min의 속도로 수집되었습니다. 시간이 지남에 따라 보일러에서 알코올이 추출되면서 증류기의 온도가 상승했습니다. 온도가 78.5C 이상으로 증가한다는 것은 수집되는 증류액에서 물의 비율이 높아짐을 의미하며, 따라서 수집되는 증류액의 전체 alc%가 낮아진다는 의미입니다. 증류기 온도를 낮추기 위해 환류 밸브를 더 닫아 복귀 라인에서 메인 컬럼으로 다시 보내지는 증류수의 양을 늘렸습니다. 환류 밸브가 닫히면 환류량이 증가합니다. 환류량은 환류밸브가 100% 열렸을 때 흐르는 양당 얼마나 많은 증류액이 환류라인을 통해 컬럼으로 다시 보내지는가에 따라 결정됩니다. 더 많은 환류가 유도되면(더 많은 증류액이 재증류를 위해 컬럼으로 다시 보내짐) 반환된 액체가 스테인레스 스틸 스크러버 패드(패킹으로 사용됨) 상단에 떨어지고 아래로 떨어지면서 온도 구배가 생성됩니다. 위에서 아래로. 에탄올과 수증기가 보일러에서 컬럼 위로 올라가면 증기는 바닥에서 위로 온도가 냉각되는 스크러버 패드와 만나게 됩니다. 정지 온도를 결정하는 데 사용되는 디지털 온도계는 쌓인 스크러버 패드 상단 위에 배치되어 스크러버 패드를 통과하여 응축기로 가는 증기의 온도를 읽습니다. 따라서 78.5C에 가장 가까운 온도는 78.5C가 에탄올의 증기점이므로 가장 높은 비율의 에탄올을 제공합니다. 증류기의 온도가 증가함에 따라 100C(물의 증기점)를 향해 올라가면서 증기에 포함된 물의 양도 증가합니다. 환류량을 늘리면 증류기의 온도가 낮아지고 결과적으로 더 높은 비율의 에탄올이 생성됩니다. 그러나 환류량을 늘리면 분당 수집되는 증류액의 양이 줄어들고 증류 공정의 운전 시간이 길어집니다.
결과 및 효율성
수집된 증류액의 총량은 80% alc 22oz였습니다. 이 양은 탈수되면 100% 에탄올 18oz가 됩니다. 사탕무의 당 함량은 약 20%이므로 이론적으로 생산되는 에탄올의 수율은 설탕 중량당 약 50%alc입니다. 따라서 사탕무 1파운드에 설탕 0.2파운드를 첨가하면 에탄올 1파운드가 생성됩니다. 에탄올의 무게는 6.5lbs/gal입니다. 따라서 이론적으로 65파운드의 사탕무는 1갤런의 에탄올을 생산할 것입니다.
내 결과는 18파운드의 사탕무에서 18온스의 에탄올을 생산했다는 것입니다. 이 생산량에서는 1갤런의 에탄올을 만드는 데 128파운드가 필요합니다. 내 프로세스는 이론적 최대 수율과 비교할 때 50.8% 효율적이었습니다.
- 12갤런의 프로판이 소비되어 14갤런의 에탄올이 생성되었습니다. 소비된 프로판의 Btu 투입량은 194,192Btu였으며 10,598Btu 상당의 에탄올을 생산했습니다. 사용된 프로판 단위당 증류에서 생성된 에탄올의 효율은 5.5%입니다.
일반 설탕으로 에탄올을 만드는 과정
슈가워시 만들기
설탕 매시는 62분이 소요되는 4갤런의 물을 끓이는 것으로 시작되었습니다. 끓는 물에 일반 설탕 25lb를 첨가하고 pH를 4.0으로 낮추었습니다. 더 많은 물을 첨가하여 최종 부피를 12gal로 만들었습니다. 비중계 판독 결과 비중은 1.095로 나타났으며 이는 설탕 24% 및 알루미늄 잠재력 13%와 상관관계가 있습니다. 터보 이스트 150g을 넣고 5일간 발효시켰습니다.
슈가워시의 발효 결과
5일간의 발효 후, 최종 비중계 수치에 따르면 발효기에는 1.5%의 Alc 전위가 남아 있었고 세척액은 11.5%의 Alc 12갤런이었습니다. 12gal의 11.5%는 증류되는 100% 알코올의 이론적 최대치인 1.38gal입니다.
설탕 세척 증류
단지 10갤런의 매쉬만이 증류기에 들어갈 수 있었기 때문에 증류될 이론적 최대 알코올은 100% 에탄올 1.08갤런으로 낮아졌습니다. 증류기를 프로판 버너에서 5시간 동안 작동시켰으며 증류액을 처음부터 끝까지 세 가지 범주(머리 부분, 중간 부분, 꼬리 부분)로 수집했습니다. 헤드는 비중이 .8720이고 alc가 78%인 처음으로 수집된 32온스의 에탄올이었습니다. 다음 그룹(미드)은 비중이 .8655인 81% alc 1갤런으로 수집되었습니다. 꼬리는 54% alc와 비중 .9250으로 수집된 마지막 32온스였습니다.
결과 및 효율성
수집된 총량은 100% 에탄올 144.64oz(1.13gal)였습니다. 이론적 최대 수율(1.38gal 100% 에탄올)과 비교한 결과는 81.9% 효율적입니다. 5시간의 증류 과정에서 2.65gal의 프로판이 소비되었습니다. 2.65gal 프로판에 91,600btu/gal 프로판을 곱하면 1.13gal의 에탄올을 만들기 위한 총 프로판 Btu 투입량이 242,740btu입니다. 1.13gal 에탄올에 75,700btu/gal의 에탄올을 곱하면 98,410btu의 에탄올이 생성됩니다.
따라서 98,410btu의 에탄올을 생산하려면 242,740btu의 프로판이 필요했습니다. 사용된 프로판 단위당 증류에서 생성된 에탄올의 효율은 40.5%입니다.
에탄올 갤런당 비용
지역 유기농 사탕무의 에탄올 비용
My results show that distilling with propane consumes more energy than energy stored in the ethanol produced.From this experiment, making.14gal of ethanol required 18lb of sugar beets purchased for $1.00/lb ($18.00). The mash was heated on two natural gas burners for 45min. The amount of energy used in this process is undetermined and will not be included. 100g of Turbo Yeast used cost ($4.16). The distillation process consumed 2.12gal of propane purchased for $3.00/gal ($6.36). Total cost of producing.14gal ethanol was $28.52. Therefore the cost of making ethanol from local organic sugar beets is $203.71/gal.
Cost of Ethanol Produced From Conventional Sugar
From this experiment, making 1.13gallons of ethanol required 21lb of conventional sugar purchased for $0.44/lb ($9.24). Also the wash was heated on two natural gas burners for 62min. The amount of energy consumed in this process is undetermined and will not be included in the cost of production. 150g of Turbo Yeast were used ($6.23). The distillation process consumed 2.65gal of propane purchased for $7.95. The total cost of making 1.13gal of ethanol from conventional sugar is $23.42, therefore, making one gallon of ethanol from conventional store-bought sugar costs $20.73.
Conclusion
The amount of energy put into local sugar beet ethanol and conventional sugar ethanol is greater than the return. The yields for the local sugar beets were much lower than expected, and many factors could have been at stake. Mixing the beet juice with the pulp may have hindered the yeasts ability to move around mash and ferment all of the sugars available. Also the sugar beets used had been stored for a few months which means their amount of sugars may have degraded. Another possible factor is that the pH was not adjusted before fermentation.
The conventional sugar had much better results than the local sugar beets, however there are many other external costs since the sugar used is a conventionally modified organism grown with the use pesticides and petrol fertilizers. One must question the energy inputs of growing such a crop, processing the harvest, refining the sugar, packaging, and shipping to Northern California from Mexico. All of these factors couldn't be measured in my project but they must be taken into account for their appropriateness.
이 프로젝트는 스쿠터의 연료를 만드는 실험으로 시작되었습니다. 소규모 에탄올 생산의 에너지 투입량을 분석한 후에 천연 가스 및 프로판과 같은 정제된 연료를 사용하여 뒷마당 에탄올 연료를 만드는 것은 의미가 없습니다. 스쿠터를 100마일 달리는 데 필요한 충분한 에탄올을 만드는 데 걸리는 시간에 나는 자전거를 타고 같은 거리를 탈 수 있었습니다. 에탄올 연료는 작물을 대규모로 재배할 때만 효율적입니다. 운송 비용을 절감하려면 에탄올을 만들기 위한 처리 시설이 해당 작물에 국한되어야 합니다. 매싱 및 증류 과정은 비화석 연료 자원에 의존해야 합니다. 난방 대안으로는 바이오매스를 태우거나 태양 에너지를 집중시키는 태양열 스틸을 사용하는 것이 있습니다.
프로젝트 비용
재료/재료비
| 재료 | 비용 |
|---|---|
| 40파운드 사탕무 | $40 |
| 설탕 25파운드 | $11 |
| 12lb 제올라이트 분자체 | $70 |
| 12온스 터보 효모 | $14 |
| 프로판 버너 | $48 |
| 5gal 프로판 탱크 | $24 |
| 총 | $207 |
시간
| 단계 | 시간(시간) |
|---|---|
| 아직도 건물을 짓고 재료를 모으는 중 | 40 |
| 사탕무 착즙 | 7 |
| 매싱 | 8 |
| 증류 | 9 |
| 편집 | 12 |
| 총 | 74시간 |