BIO-MASS / BIOFUEL SUSTAINABLE PAULOWNIA ENERGY- BIO FUEL APPLICATION

Bio-mass / Biofuel SUSTAINABLE PAULOWNIA ENERGY-BIO FUEL APPLICATION

BIOMASSA/ O BIO COMBUSTÍVEL SUSTENTÁVEL DA PAULOWNIA, APLICADO AO COMBUSTIVEL BIOENERGÉTICO.

Bio-mass / Biofuel SUSTAINABLE PAULOWNIA ENERGY- BIO FUEL APPLICATION

The development of alternative energies has provided many ways to produce electricity, such as solar, wind and hydroelectric generators.

However, about 40% of the total energy consumption is dedicated to transports and in practice requires liquid fuels such as petrol, diesel, or kerosene. These fuels are all obtained by refining petroleum. This dependency on oil has two drawbacks, burning fuels such as oil contributes to global warming and secondly, oil creates a dependency on oil producing countries. In addition, as seen in the recent war in Iraq and environmental crisis in the USA (hurricane Katrina), the finite reserves of crude oil have created a volatile market price on the price of crude oil in 2005-2007. Hence, biofuel is a practical alternative to oil and has been used as alternative now for well over 30 years. Brazil currently saves approximately USD $2.5 Billion per annum from importing petroleum. The use of ethanol in Brazil has provided foreign currency savings of USD $75 Billion over 25 years between 1975 –2007. If interest on foreign debt was considered, today already fully paid, the consideration could reach an amount of over USD $125 Billion.

With the implementation of proper plantation management models, it is possible to generate significant income streams from a Paulownia plantation. A hectare (Ha) of Paulownia trees can produce 32,000kg of fresh palletized fodder or 11,600 kg of dried palletized fodder in just one year.

In year two, until year eight the cycle repeats automatically and annually. The same biomass can be generated for ethanol production. Alternatively, rather than using the biomass in the first year for fodder it can be used in the “cellulosic ethanol generator”. This brings us to the most significant technology in our times in relation to the production of sustainable energy, the cellulosic ethanol generator.

Cellulosic Ethanol

Cellulosic ethanol is a blend of ethanol that can be produced from a diversity of biomass including waste from urban, agricultural and forestry sources. Studies have shown that the biomass from Paulownia trees can provide in full the feedstock for the production of cellulosic ethanol.

According to US Department of Energy studies conducted by Argonne Laboratories of the University of Chicago, one of the benefits of cellulosic ethanol is that it reduces greenhouse gas emissions (GHG) by 85% over reformulated petrol.

By contrast, sugar-fermented ethanol reduces GHG emissions by 18% to 29% over petrol.

It is important to note that with this technology we can also obtain Carbon Credits.

In the recent 2006, State of the Union speech by President G. W Bush a special mention on the use of renewable fuels and the US implementation of alternative fuel models were proposed. In particular, Bio fuels such as biodiesel and bioethanol.

Ethanol, today, in the USA is still produced mostly from sugars or starches, obtained from fruits and grains. In contrast, cellulosic ethanol is obtained from cellulose, the main component of wood, straw, and much of the plants.

Since humans cannot digest cellulose, the production of cellulose does not compete or affect the production of food.

The price per ton of raw material is thus much cheaper than grains and fruits.

Like we said before and moreover, since cellulose is the main component of Paulownia, the whole plant can be harvested and used.

This results in much better yields per Ha, instead of the 10,000kg per ha for the best crops of grain.

There are, up to date, at least two known methods of cellulosic ethanol production; ethanol enzymatic acid hydrolysis and the fusion gas fermentation (gasification).

The technology has now reached the stage where companies are now manufacturing complete turnkey cellulosic ethanol factories.

Hydrolysis process:

The cellulose molecules are composed of long chains of beta-glucose molecules. In the hydrolysis process, these chains are broken down to sugar before feeding it to a fermenter for alcohol production.

Our company followed the biotechnology process researching genetically modified cellulases (It performs hydrolysis of cellulose. They have also been used in the pulp and paper industry for various purposes, and they are even used for pharmaceutical applications.)

Cellulase is used in the biomass fermentation into biofuels

In particular cellulases that have been digesting Paulownia cellulose. Our company made site-specific mutagenesis experiments on the genetic sequence of the cellulase gene in order to optimize the yield and activity of the Paulownia specific cellulases.

The development of an optimal Paulownia cellulase will be patented our company will patent this gene and license the sale of the enzyme.

Synthesis of the gasification process:The gasification process does not require a chemical composition of the cellulose chain.

Instead of breaking the cellulose into sugar molecules, the carbon in the raw material converted into carbon monoxide, using feedstock from partial combustion. The carbon monoxide is then fed into a fermenter and a bacteria clostridium

(Paul Weimer, microbiologist of the Service of Agricultural Research, from the Ministry of the Agriculture of U.S.A., discovered how to increase the production of cellulosic ethanol, by using a strong bacterium. The praised discovery was welcomed, because the ethanol extraction using costly enzymes are limited in its capacity to convert the rigid walls of plant cells into fuels. Paul Weimer, who works in the United States Agriculture Center, works in Madison, Wisconsin, explored the capacities of the Clostridium bacterium thermocellum in their degradation of plants. With this robust microbe, the specialists created ethanol “on site”. For further consultation on the process details visit the site http://www.pubmedcentral. nih.gov/ articlerender.fcgi?artid=294704

Weimer, states that this bio-adhesive can also be a by-product of cellulosic ethanol. The by-product represents an additional compensation to the high costs that were inhibiting the commercial production of this fuel with cellulose base in the USA.

Another advantage of the method, as Weimer says, is the price reduction on the ethanol production process and its bigger effectiveness.

This process is called consolidated bioprocess. Instead of using reactors, enzymes and yeast leavening - as required by the cellulosic ethanol conventional production - the method only uses a reactor and only a strong diligent microbe that produces its own enzymes.

With scientists from the Forest Products Laboratory, in the Ministry of Agriculture (USDA), Weimer informs that this discovered bio-adhesive is sufficiently strong to substitute up to 70% of phenol formaldehyde base currently from oil used to manufacture cellulosic ethanol. This is another advantage of this method, in accordance with Weimer, and is the price reduction of this method with the best result to produce ethanol. This process will digest the carbon monoxide into ethanol, hydrogen, and water.

Both processes generate in the case of hydrolysis, steam and in the case of gasification, gas. For the co-generation of Electricity, both fluids pass by a heating unit forcing the gas or steam under high pressure to pipeline into the turbines.

BIOMASSA/ O BIO COMBUSTÍVEL SUSTENTÁVEL DA PAULOWNIA, A BIO ENERGIA COMBUSTIVEL APLICADA.

O desenvolvimento de energias alternativas forneceu muitas maneiras de produzir a eletricidade, tal como solar, o vento e geradores hidroelétricos.

Entretanto, aproximadamente 40% do consumo de energia total é dedicado aos transportes e exige no prático combustível líquido tais como a gasolina, o diesel ou o querosene. Estes combustíveis todos são obtidos refinando o petróleo. Esta dependência no petróleo tem dois inconvenientes, os combustíveis voláteis tais como o petróleo contribui para o aquecimento global e em segundo lugar, o petróleo cria uma dependência nos países de produção. Mais ainda considerando a guerra recente do Iraque e na crise ambiental nos EUA (furacão Katrina), as reservas finitas do petróleo bruto, criaram um mercado de preços voláteis do petróleo bruto em 2005-2007. Portanto o biocombustível é uma alternativa prática ao petróleo e tem sido usado como alternativa faz mais de 30 anos. O Brasil economiza atualmente mais de USD $2.5 bilhões nas importações de petróleo. O uso do etanol no Brasil gerou uma economia em divisas estrangeiras de USD $75 bilhões nos últimos 25 anos entre 1975 - 2007. Se fossem aplicados juros sobre essa possível dívida externa, hoje o valor estimado seria de USD $125 bilhões.

Com a execução de modelos de gerência apropriados da plantação, é possível gerar significativas rendas de uma plantação de Paulownia. Um hectare (Ha) de árvores de Paulownia pode produzir 32,000kg da forragem palatizada fresca ou 11.600 quilogramas da forragem palatizada seca em apenas um ano.

No ano dois, até ao oitavo ano o ciclo se repete automática e anualmente. A mesma biomassa pode ser gerada para produção do etanol. Alternativamente, em vez de se usar a biomassa no primeiro ano para forragem, pode ser usada “no gerador celulósico de etanol”. Isto traz-nos à tecnologia mais significativa da nossa época em relação à produção de energia sustentável, o gerador celulósico do etanol.

Etanol celulósicoO etanol celulósico é uma tipo de etanol que pode ser produzida de uma diversidade de biomassa incluindo lixo de fontes urbanas, agrícolas e de fontes silvícolas. Os estudos mostraram que o aproveitamento da biomassa das árvores da Paulownia é no total para a matéria prima da produção de etanol celulósico.

De acordo com os estudos do Departamento de Energia dos E.U.A. realizados nos laboratórios de Argonne da Universidade de Chicago, um dos benefícios do etanol celulósico reduz as emissões de gases de efeito estufa (GHG) em 85% sobre a gasolina reformulada.

Em contraste, o etanol do açúcar-fermentado reduz emissões de GHG entre 18% a 29% sobre a gasolina reformulada.

É importante notar que com esta tecnologia também se podem obter Créditos de Carbono.

No discurso 2006 recente dos Estados de a União pelo presidente G.WBUSH uma menção especial no uso de combustíveis renováveis e sua execução nos EUA de modelos do combustível alternativo foram propostos. Em particular bio - combustíveis tais como o biodiesel e o bioetanol. O etanol nos EUA é ainda hoje produzido na maior parte dos açúcares ou dos amidos, obtidos das frutas ou de grãos. Ao contrário, o etanol celulósico é obtido da celulose, do componente principal da madeira, da palha e de muitas outras plantas.

Como os seres humanos não podem digerir a celulose, a produção de celulose não compete nem afeta a produção de alimentos.

O preço por tonelada de matéria-prima é assim mesmo muito mais barato que os grãos e frutas.

Como dissemos anteriormente e mais ainda, como a celulose é o componente principal da Paulownia, a árvore inteira pode ser utilizada.

Isto resulta em rendimento muito melhor por Ha, em vez dos 10,000kg por Ha para as melhores colheitas de grão.

Há pelo menos, de momento, dois métodos conhecidos para a produção de etanol celulósico; A hidrólise enzimática (ácida) do etanol e a fusão fermentada do gás (gaseificação).

A tecnologia alcançou hoje o estágio onde as companhias estão montando fábricas de etanol celulósico, completas (tipo chave na mão).

Processo da hidrólise: As moléculas da celulose são compostas de longas correntes de moléculas Beta-glicósicas. No processo da hidrólise, estas correntes são separadas em açúcar antes de serem alimentadas a um fermentador para a produção do álcool.

A nossa companhia seguiu o processo de biotecnologia pesquisando geneticamente celulases modificadas (produz a hidrólise da celulose. Este processo é usado igualmente na polpa e na indústria de papel para várias finalidades, e são usados mesmo para aplicações farmacêuticas).

A celulase é usada na fermentação da biomassa em bioombustíveis.

Em particular as celulases digerem a celulose da Paulownia. Nossa companhia fez experiências específicas em campo, dos gêneses mutantes, e experimentos na seqüência genética do gene da celulase a fim aperfeiçoar, portanto o rendimento e a atividade das celulases específicas da Paulownia.

O desenvolvimento de uma celulase ótima da Paulownia levará a nossa companhia a patentear este gene e licenciará a venda da enzima.

sintese do processo da GASEIFICAÇÃO: O processo da gaseificação não exige a composição ou reação química da corrente celulósica.

Em vez de quebrar a celulose em moléculas do açúcar, o carbono na matéria-prima é convertido no monóxido de carbono, usando a matéria prima de uma combustão parcial. O monóxido de carbono é alimentado então em um fermentador com uma bactéria clostridium

(Paul Weimer, microbiólogo do Serviço de Investigação Agrícola, do Ministério da Agricultura dos EUA, descobriu como aumentar a produção do etanol de celulósico, utilizando a ajuda de uma bactéria forte. A descoberta é festejada porque a extração de etanol usa enzimas custosas que são limitadas na sua capacidade de converter as paredes rígidas de células das plantas em bio-combustíveis.

Paul Weimer, que trabalha no Centro Estadunidense dos Serviços Agrícolas em Madison, Wisconsin, explorou as capacidades da bactéria Clostridium thermocellum na degradação das plantas. Com este robusto micróbio, os especialistas puderam produzir o etanol ”in loco”. Para consultas adicionais visite o site http://www.pubmed central.nih.gov/articlerender.fcgi? Artid=294704 sobre a técnica do processo.

Segundo Weimer, afirma que este bioadesivo pode também ser um subproduto do etanol celulósico. O subproduto representa um valor adicional para compensar os altos custos que atualmente inibiam a produção comercial nos EUA desse combustível á base de celulose.

Outra vantagem do método, conforme disse Weimer, é o barateamento do processo da produção do etanol e sua maior eficácia para produzi-lo.

Este processo se chama bioprocessamento consolidado. Em vez de usar reatores, enzimas e levedura - como requer a produção convencional de etanol celulósico - o método usa somente um reator, utilizando um único potente e diligente micróbio trabalhador, que poderá assim produzir as suas próprias enzimas.

Com cientistas do Laboratório de Produtos Florestais, mantido pelo Ministério da Agricultura (USDA, na sigla em inglês), Weimer informa ter descoberto que o bioadesivo é suficiente forte para substituir até 70% do fenol formaldehído, base obtida do petróleo que tem sido utilizada para a fabricação do etanol celulósico. Esta é outra vantagem do método e conforme Weimer, que é o barateamento do processo e uma maior eficácia para produzir o etanol. Este processo digere o monóxido de carbono transformando-se em etanol, em hidrogênio e em água.

Ambos os processos geram no caso da hidrólise, o vapor de água e no caso da gaseificação, gás. Para a co-geração de Eletricidade, ambos fluidos passam numa unidade de aquecimento usada para forçar o gás ou o vapor sob alta pressão canalizado ás turbinas.

www.worldpaulownia.com

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