リンゴセルロースバイオマスから生物ベースのグラフィットと液体炭化水素を生産するためのプロセス設計と技術経済分析

科学分野:

• 持続可能な材料科学
• 化学工学
• 再生可能エネルギー技術

背景:

• リチウムイオン電池の重要な構成要素であるグラファイトの需要は 2028年までに倍増すると予測されています
• グラファイトの生産は非再生可能資源に依存しており,サプライチェーンに脆弱性があります.
• 持続可能な代替手段の開発は,エネルギー貯蔵と電気モビリティに不可欠です.

研究 の 目的:

• リンゴセルロースのバイオマスからバイオグラフィットを生産する技術的および経済的可能性を評価する.
• バイオオイルをバイオグラフィートと燃料グレードの炭化水素に改良することを評価する.
• バイオグラフィートと従来のグラフィートのコスト競争力を決定する.

主な方法:

• バイオ精製工場の技術経済分析
• パイロリシスとバイオオイル改良シミュレーション
• 最低販売価格 (MSP) などの経済指標を評価するための感度とリスクの分析
• プロセス収量最適化と熱統合の評価

主要な成果:

• バイオマスからのバイオグラフィットの生産は技術的に実現可能であり,経済的に競争力があります.
• アノードグレードのバイオグラファイトの最低販売価格 (MSP) は,統合バイオリファインリーシナリオ (ケースD) で3.3ドル/kgで,利益率27%であった.
• プロセスの収穫量は,MSPに影響を与える最も重要な要因です.
• 熱統合はバイオ精製所の電力需要の36%を供給できる.

結論:

• リチウムイオン電池のためのバイオベースのアノド材料を生産するための持続可能な費用対効果のルートを提供しています.
• バイオグラファイトは化石グラファイトの代替品であり,サプライチェーンのリスクを軽減します.
• バイオ燃料の共同生産は経済的なパフォーマンスを高めますが,単独のバイオグラフィット生産に比べて投資リスクが高くなります.