Comparative Life Cycle Assessment of Glycerol Valorization Routes to 1,2- and 1,3-Propanediol Based on Process Modeling

1,3-丙二醇 丙二醇 生命周期评估 甘油 生化工程 过程(计算) 化学 环境科学 工艺工程 计算机科学 有机化学 生产(经济) 工程类 经济 宏观经济学 操作系统
作者
Kumar Raja Vanapalli,Lourembam Nongdren,Sunil K. Maity,Vinod Kumar
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:12 (40): 14716-14731 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.4c04691
摘要

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide Crude glycerol, a high-volume byproduct of the biodiesel industry, has seen a significant surplus due to the industry’s rapid growth. It can be a promising feedstock for a range of high-value products via chemical and biochemical routes. This study thus elucidates the relative environmental performance of two prominent glycerol valorization technologies, i.e., catalytic hydrogenolysis to 1,2-propanediol and microbial fermentation (batch and fed-batch) to 1,3-propanediol, using a cradle-to-gate life cycle assessment (LCA). The LCA was performed using an experimental data-driven comprehensive process model to represent an industrial-scale biorefinery, handling 20 833 kg/h of glycerol. The LCA results identified cooling water (18–35.5%) and steam (15.2–33.7%) consumption in the distillation and glycerol sourcing (33.3–68.1%) as the critical environmental hotspots, which should be focused on while designing the process. The fed-batch fermentation process was environmentally more benign, with significantly lower environmental impacts than hydrogenolysis (by 35.2%) and batch fermentation (by 48.2%). Integrating effective process heat recovery using pinch technology reduced the overall environmental impacts by 4.9–11.2%. The environmental performance of the overall processes varied substantially (2.4–62.1%) with changes in glycerol sourcing and production methods. Therefore, energy and material recycling with sustainable water and glycerol sourcing can improve the sustainability of the overall process.
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