Techno-economic analysis of bioethanol production as a co-product from biomass

Abstract

Biyo-yenilenebilir polimerler, çevresel sürdürülebilirlik ve katma değerli ürünlerin sürdürülebilir üretimi üzerindeki avantajları nedeniyle plastik imalat endüstrisi için çok önemlidir. Bu polimerler, bitki biyokütlesi, gıda atıkları, tarımsal atıklar ve biyoatıklar gibi düşük maliyetli biyokütleden üretilebilir. Biyo-bazlı polimerler gıda kapları, ambalajlar, plastik şişeler vb. üretiminde kullanılan petrol bazlı polimerlerin yerini alabilir. FDCA poliesterlerlerin üretiminde kullanılabilen yeşil ve yenilenebilir bir kimyasal olarak dikkat çekmiştir. Bunun yanında şekerden fermentasyon yoluyla üretilen biyoetanol, benzinle karıştırılıp yakıt olarak kullanıldığı için yüksek talep görmektedir. Lignoselüloz bioatık yiyecek güvenliğiyle ilgili endişe oluşturmadığı için FDCA ve biyoetanol üretiminde kullanılabilirler. Çalışmanın amacı, 5-hidroksimetilfurfural'dan (HMF) 2,5- Furandikarboksilik asit (FDCA) üretimine ek olarak biyoetanolün yan ürün olarak üretildiği prosesin tekno-ekonomik analizini yapmaktır. Endüstriyel ölçekte bir proses yapabilmek için proses parametrelerini incelemek çok önemlidir. Bu tezde, SuperPro Designer programı kullanılarak iki senaryo ele alındı ve doğrudan sabit sermaye maliyeti senaryo 1 için 84.588.000 $ ve geri ödeme süresi 5.23 yıl olarak bulundu, senaryo 2 için doğrudan sabit sermaye maliyeti 132.117.000 $ , geri ödeme süresi 2.49 yıl olarak bulundu.

Biorenewable polymers are crucial for the plastic manufacturing industry because of their advantages in environmental sustainability and the sustainable production of value-added products. These polymers can be produced from low costly biomass such as plant biomass, food wastes, agricultural wastes, and biowastes. Petroleum-based polymers used in the production of food containers, packaging, plastic bottles, etc. can be substituted by bio-based polymers. FDCA is produced from biomass or carbohydrates and has attracted attention as a green and renewable chemical. Additionally, bioethanol is synthesized from lignocellulosic biomass via fermentation of xylose because bioethanol is a high-demanded product as it can be blended with gasoline and used as a fuel. Lignocellulosic biomass does not create food security concerns compared to other feedstocks used for producing FDCA and bioethanol. This thesis aims to evaluate the economic analysis of the FDCA and bioethanol production processes by using the SuperPro Designer simulation program in which bioethanol is produced as a co-product in addition to the primary production of 2,5- Furandicarboxylic acid (FDCA) from 5-hydroxymethylfurfural (HMF). To validate the process parameters for an industrial-scale process, it is critical to examine the effects of process parameters using a process simulation tool. To this end, two scenarios are investigated. For scenario 1 the direct fixed capital cost of this project is found 84.588.000$, and the payback time is 5.23 years; for scenario 2, the direct fixed capital cost is found 132.117.000 $ and the payback time is 2.49 years.