Exergetic and Economic Analysis of Three Multi-Product Biorefinery Schemes for the Valorization of Agricultural Wastes: A Case Study of Colombia

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides comparative exergy and economic data for biorefinery configurations that can inform future process optimization studies.

🏢実務担当者:Offers a business case for investing in integrated biorefineries that convert agricultural residues into multiple products with CO2 capture.

🏛政策担当者:Highlights the potential of waste valorization for rural development and emission reductions, supporting bioeconomy policy design.

コロンビアは、農業、林業、および農産業活動から大量のリグノセルロース系残渣を生成している。この物質の多くは埋め立てられ、野焼きされ、または分解されるまま放置されている。これらの慣行は、温室効果ガス排出（メタンとCO2）、粒子状大気汚染、水質汚染、および害虫の繁殖を引き起こしている。そこで、本研究は、トウモロコシ茎葉（CS）を原料として用いた、コロンビアにおけるリグノセルロース系バイオリファイナリースキームの設計、シミュレーション、エクセルギー解析、および経済分析に焦点を当てている。このアプローチにより、環境負債を貴重な資源へと転換する。Aspen Plus V10®から得られた物質収支とエネルギー収支を用いて、エクセルギー効率を計算した。経済指標は、Aspen Process Economic Analyzer (APEA) V10®ソフトウェアによって提供された。最初のシナリオ（SCE01）には、キシリトール、リグニン、二酸化炭素、バイオガス、およびバイオ肥料の生産と、その場でのエタノール併産が含まれた。シナリオ2（SCE02）では、バイオガスとバイオ肥料を燃料として使用する熱電併給（CHP）段階が追加された。シナリオ3（SCE03）では、シナリオ1および2のエタノール生産がグルタミン酸生産に置き換えられた。エクセルギー効率の結果は以下の通りであった：SCE01（60.1%）、SCE02（36.8%）、SCE03（37.5%）。最大のエクセルギー損失はCHPシステムで見られた。経済的実行可能性の観点では、すべてのシナリオが良好な経済パラメータを示した。SCE03は、内部収益率（IRR）28.01%と正味現在価値（NPV）9億8510万米ドルという、SCE01（27.48%；7億6910万米ドル）およびSCE02（27.13%；6億4310万米ドル）と比較して、より良い結果を示した。これらの結果に照らして、SCE03アプローチは最も魅力的な投資機会を表しており、農村経済開発とCO2回収を促進することにより、持続可能性の社会的および環境的柱を統合する可能性を秘めている。提案されたモデルの全体的な効率を向上させるために最適化戦略を容易に採用でき、国内レベルでの代替リグノセルロース系廃棄物価値化経路のスケーリングと比較のためのベンチマークとして機能することを可能にする。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Colombia generates large volumes of lignocellulosic residues from agriculture, forestry, and agro-industrial activities. Much of this material is landfilled, openly burned, or left to decompose. These practices drive greenhouse-gas emissions (methane and CO2), particulate air pollution, water contamination, and pest proliferation. Therefore, this study focuses on the design, simulation, exergetic and economic analysis of lignocellulosic biorefinery schemes in Colombia using corn stover (CS) as feedstock. This approach thus turns an environmental liability into valuable resources. Mass and energy balances obtained from Aspen Plus V10® were used to calculate exergy efficiency. Economic indicators were provided by the Aspen Process Economic Analyzer (APEA) V10® software. The first scenario (SCE01) included xylitol, lignin, carbon dioxide, biogas, and biofertilizer production along with in situ ethanol co-production; for scenario 2 (SCE02), a cogeneration (CHP) stage using biogas and biofertilizer as fuel was added; in scenario 3 (SCE03), the ethanol production of scenarios 1 and 2 was replaced by glutamic acid production. The exergy efficiency results were as follows: SCE01 (60.1%), SCE02 (36.8%), SCE03 (37.5%). The largest exergy losses were found in the CHP system. In terms of economic viability, all scenarios showed favorable economic parameters. SCE03 showed better results with an Internal Rate of Return (IRR) of 28.01% and a Net Present Value (NPV) of USD 985.1 M compared to SCE01 (27.48%; USD 769.1 M) and SCE02 (27.13%; USD 643.1 M). In light of these results, the SCE03 approach represents the most attractive investment opportunity, with the potential to integrate the social and environmental pillars of sustainability by fostering rural economic development and CO2 capture. Optimization strategies can be readily adopted to enhance the overall efficiency of the proposed model, enabling it to serve as a benchmark for scaling and comparing alternative lignocellulosic waste valorization pathways at a national level.

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