دانشگاه آزاد اسلامي
واحد شاهرود
دانشكده فني مهندسي، گروه مهندسي شيمي
پايان نامه براي دريافت درجه كارشناسي ارشد “M.Sc.”
گرايش مهندسي شيمي ـ مهندسي ترموديناميک و سنتيک
عنوان
استفاده از مدل سطحي براي بهينه سازي فرآيند هيدروليز اسيد رقيق از پوست سبز گردو براي توليد گلوکز
استاد راهنما
دكتر علي آراسته نوده
اساتيد داور
دکتر اسدالله زاده و دکتر نکويي
نگارش
سيد ابوالفضل شهيدي يساقي
تابستان 1393
ISLAMIC AZAD UNIVERSITY
Faculty of Engineering and Technology,
Departement of Chemical Engineering
(M.Sc) Thesis For master degree
Major:Chemical Engineering Process Desing
Subject:
Using Response Surface Methodology (RSM) as a for
Optimizing Dilute Acid Hydrolysis Slough Green For
Production Glocuz
Thesis Advisor:
Ali Araste Nodeh Ph.D
Consulting Advisor:
Mohammad javad asad A.Zadeh Ph.D.
Mahdi Nekoyi Ph.D.
By:
Seyed Abolfazl Shahidi Yasaghi
Summer 2014
سپاس گزاري
سپاس خداي را که سخنوران، در ستودن او بمانند و شمارندگان، در شمردن نعمت هاي او ناتوان…
و سلام و درود بر محمد و خاندان پاك او، طاهران معصوم، هم آنان که وجودمان وامدار وجودشان است؛ و نفرين پيوسته بر دشمنان ايشان تا روز رستاخيز…
با سپاس فراوان از آقاي دکتر علي آراسته نوده استاد راهنمايم که با حضور شيرين و با راهنماييها و دغدغه هاي فراوانش اين بنده را مورد لطف و محبت خود قرار داده اند.
با سپاس از روح پر فتوح پدر که به رحمت ايزدي پيوسته و مادر عزيزم که به پاس تعبير عظيم و انساني شان از کلمه ايثار و از خودگذشتگي، به پاس عاطفه سرشار و گرماي اميد بخش وجودشان که در اين سردترين روزگاران بهترين پشتيبان هستند به پاس قلب هاي بزرگشان که فرياد رس است و سرگرداني و ترس در پناهشان به شجاعت مي گرايد.
و با سپاس فراوان از برادرانم سيد ابوالحسن، سيد جمال، و سيد عليرضا و خواهرانم و با تشکر از همسر عزيز، دلسوز و مهربانم که آرامش روحي و آسايش فکري فراهم نمودند تا با حمايت هاي همه جانبه در محيطي مطلوب، مراتب تحصيلي و نيز پايان نامه درسي را به نحو احسن به اتمام برسانم.
تقديم :
اين پايان نامه را ضمن تشکر و سپاس بيکران و درکمال افتخار و امتنان تقديم مي نمايم به:
محضر ارزشمند روح پر فتوح پدرم و مادرعزيزم به خاطر همه تلاشهاي محبت آميزي که در دوران مختلف زندگي ام انجام داده اند و با مهرباني چگونه زيستن را به من آموخته اند.
به برادرانم سيد ابوالحسن، سيد جمال، و سيد عليرضا و خواهرانم، به همسر مهربانم که وجودش شادي بخش و صفايش مايه آرامش من است.
به استادان فرزانه و فرهيخته ام که در راه کسب علم و معرفت مرا ياري کردند.
فهرست مطالب
عنوان……………………………………….. …………………………………………..صفحه
چکيده………………………………………………………………………………………1
فصل اول: مقدمه
1-1بيواتانول چيست؟…………………………………………………………………………………..3
1-2ضرورت استفاده از اتانول………………………………………………………………………..4
فصل دوم: کليات
2-1مقدمه…………………………………………………………………. …………………….7
2-2تئوري احتراق……………………………………………………………………………………..7
2-2-1سوزاندن (احتراق مستقيم)……. ………………………………………………………………7
2-2-2فساد باکتريايي…………………………………………………………………………………..7
2-2-3تخمير…………………………………………………………………………………… 7……..
2-3روشهاي هيدروليز پسماندهاي سلولزي…………………………………………………………8..
2-4مواد اوليه مورد استفاده در توليد بيواتانول…………………………………………………8……
2-4-1مواد اوليه قندي………………………………………………………………………………….8
2-4-2مواد اوليه نشاسته…………………………………………………………………………..9
2-4-3مواداوليه سلولزي (ليگنوسلولز)……………………………………………………………9
2-4-3-1سلوز…………………………………………………………………………………………14
2-4-3-2 همي سلولز………………………………………………….15………………..
2-4-3-3 لگنين15…………………………………………………………………..
2-5 بيواتانول سوخت سبز……………………………………………………17…………..
2-6 توليد بيواتانول بوسيله تخمير کربوهيدراتها19…………………………………………
2-7هيدروليز……………………………………………………………………………………20
2-7-1هيدروليز اسيدي………………………………………………………………………21
2-7-2هيدروليز اسيد رقيق22…………………………………………………………..
2-7-2-1 محصولات جانبي هيدروليز اسيد رقيق…………………………………………….25
2-7-2-1-1اسيد هاي آلي…………………………………………………………………….26
2-7-2-1-2ترکيبات فنوليک27…………………………………………………………
2-7-2-1-3 ترکيبات فورال……………………………………………………………………………. 27
2-7-3هيدروليز اسيد غليظ…………………………………………………………………………..28
2-7-4 هيدروليز آنزيمي…………………………………………………………….30
2-8 پيش فرآوري فيزيکي……………………………………………………………31
2-8-1انفجاربخار……………………………………………………………………………………….31
2-8-2 انفجار آمونياک و دي اکسيد کربن……………………………………………………………..32
2-8-3 پيش فرآوري شيميايي…………………………………………………………………………..32
2-8-4 پيش عمليات بيولوژيکي………………………………………………………………………..34
2-9تخمير………………………………………………………………………….34
2-10 بازيابي جامدات و محصول……………………………………………………………………..35
فصل سوم:روش آزمايش
3-1 مواد و سايل مورد استفاده 37………………………………………………………………………..
2-3آزمايشات 37…………………………………………………………………………………………..
3-3 طراحي روش آزمايش 37…………………………………………………………………………….
1-2-3اثر غلظت 40………………………………………………………………………………………..
2-2-3اثر دما 40……………………………………………………………………………………………
3-2-3اثر زمان 41………………………………………………………………………………………..
3-4 نتايج تست زايلوز (XYL)……………………………………………………………………….41
1-3-3اثر غلظت 41………………………………………………………………………………
2-3-3اثر دما 42…………………………………………………………………………………………..
3-3-3اثر زمان 42…………………………………………………………………………………………
3-4 نتايج تست فورفورال(FER)……………………………………………………………………..43
1-4-3غلظت 43…………………………………………………………………………………..
-2-4-3دما 43………………………………………………………………………………………………
-3-4-3زمان 44……………………………………………………………………………………………
3-5 نتايج تست گلوکز(GLU)…………………………………………………………………………44
1-5-3غلظت 44……………………………………………………………………………………………
2-5-3دما 45……………………………………………………………………………………………….
3-5-3زمان…………………………………………………………………………………………….45.
فصل چهارم: نمودار و جداول
4-1مدل سازي فرآيند:………………………………………………………………………………….48
4-2بررسي انطباق نتايج حاصل از گلوكز استحصال شده در مدلهاي پيشنهادي……………………48
4-2-1 مدل اول…………………………………………………………………………………………54
4-2-1-1بررسي صحت مدل…………………………………………………………………………..54
فصل پنجم: نتيجه گيري
نتيجه گيري56……………………………………………………………………….
پيشنهادها…………………………………………………………………………………………………57
مراجع……………………………………………………………………………………………………..58
فهرست جداول
جدول 1-1:مقايسه سه ماده قابل اشتعال اتانول، بنزين، گازوييل…………………………………………..3
جدول 1-2برخي ويژگيهاي سوختهاي الکلي…………………………………………………………………4
جدول 2-1فراواني نسبي قندهاي موجود در اجزاي کربو هيدراتي چوب(%وزني)(گلدشتاين1981)….13
جدول2-2 ترکيب گونه هاي مختلف زيست توده هاي سلولزي(%وزن خشک)(گلدشتاين،1981)…….13
جدول2-3 ترکيب بازدهي مواد متفاوت براي توليد بيواتانول(پواري، 2008)…………………………..13
جدول 2-4 مقايسه روشهاي هيدروليز اسيدي………………………………………………………………22
جدول2-5 حدود درجه حرارت هاي تحقيق شده دوره اقامت و غلظت اسيد………………………………23
جدول2-6 بازده تبديلي هيدروليزاسيدي غليظ(بردارسايرين،1990)……………………………………..29
جدول2-7 ميزان بازده توليدبيواتانول از ساقه ذرت(بالات2008)……………………………………….29
جدول 3-1 نتايج بدست امده حاصل از اناليز بوسيله دستگاه hplc به قرار رير است…………………..32
جدول4-1 ضرايب معادله دو جذوري حاصل از تطابق داده هاي آزمايشي با مدل……………………..49
فهرست نمودارها
نمودار 3-2-1 اثر غلظت بر روي اسيد استيک…………………………………………………………………………………40
نمودار 3-2-2اثر دما بر روي اسيد استيک……………………………………………………………………………………..40
نمودار 3-2-3اثر زمان بر روي اسيد استيک……………………………………………………………………………………41
نمودار 3-3-1 اثر غلظت بر روي زايلوز……………………………………………………………………………………….41
نمودار 3-3- 2 اثر ذما بر روي زايلوز…………………………………………………………………………………………..42
نمودار 3-3-3 اثر زمان بر روي زايلوز………………………………………………………………………………………….42
نمودار 3-4-1اثر غلطت بر روي فور فورال……………………………………………………………………………………..43
نمودار 3-4-2اثر دما بر روي فورفورال…………………………………………………………………………………………..43
نمودار 3-4-3اثر زمان بر روي فورفورال………………………………………………………………………………………..44
نمودار 3-5- 1اثر غلظت بر روي گلوکز…………………………………………………………………………………………..44
نمودار 3-5- 2اثر دما بر روي گلوکز………………………………………………………………………………………………45
نمودار 3-5-3 اثر زمان بر روي گلوکز…………………………………………………………………………………………….45
نمودار 4-1 پاسخ سطحي براي غلظت گلوکز در هيدروليز بصورت تابعي از دما وغلظت اسيد بر طبق مدل…………… 50
نمودار 4-2پاسخ سطحي براي غلظت گلوکز در هيدروليز بصورت تابعي از زمان وغلظت اسيد بر طبق مدل………………..51
نمودار 4-3 پاسخ سطحي براي غلظت زايلوز در هيدروليز بصورت تابعي از دما و غلظت اسيد بر طبق مدل………………..51
نمودار 4-4 پاسخ سطحي براي غلظت زايلوز در هيدروليز بصورت تابعي از زمان وغلظت اسيد بر طبق مدل……………….52
نمودار 4- 5 پاسخ سطحي براي غلظت فورفورال در هيدروليز بصورت تابعي از زمان وغلظت اسيد بر طبق مدل…………..52
نمودار 4- 6 پاسخ سطحي براي غلظت فورفورال در هيدروليز بصورت تابعي از دما وغلظت اسيد بر طبق مدل……………..53
نمودار 4 – 7پاسخ سطحي براي غلظت اسيداستيک در هيدروليز بصورت تابعي از زمان وغلظت اسيد بر طبق مدل….53……
نمودار 4-8 پاسخ سطحي براي غلظت اسيداستيک در هيدروليز بصورت تابعي ازدما وغلظت اسيد بر طبق مدل……………..54
فهرست اشکال
شکل 2-1چرخه توليد بيو اتانول از مواد ليگنوسلولزي…………………………………………….12..
شکل 2-2 ساختار سه نوع لگنين سخت چوب، لگنين نرم چوب و لگنين علفي…………………..16..
شکل2-3فرآيند هيدروليزاسيد رقيق(بوردروسايرين،1995)23………………………………
شکل2-4محصولات جانبي در فرآيند هيدروليز رقيق………………………………………………..26
شکل2-5 نمايش عملياتي راکتورانفجاري بخاري در يک مدل بسته (زيمباردي،2000)………….32
چکيده
در اين مطالعه مدلسازي هيدروليز اسيد رقيق پوست سبز گردو بعنوان يک نمونه مواد ليگنوسلولزي به منظور توليد شکر قابل تخمير در فرايند بيواتانول مطالعه شده است. چهار پارامتر دما، زمان، غلظت اسيد و جزءجامد در سه سطح مختلف بعنوان متغير وميزان توليد قند هاي شش کربنه نظير گلوکز و پنج کربنه نظير زايلان بعنوان محصولات اصلي و مواد بازدارنده نظير فورفورال و اسيداستيک بعنوان محصولات فرعي و ناخواسته در نظر گرفته شده اند. واکنش در يک حمام بخار مجهز به کنترل دما و همزن انجام شده است. محصولات هيدروليز پس از خنثي سازي و فيلتراسون و رقيق سازي توسط دستگاه کروماتورگرافي مايع1 اندازه گيري شده اند. جهت بررسي نقش چهار متغير ياد شده در ميزان محصولات اصلي و فرعي مطالعه شده است. سپس با در نظر گرفتن يک معادله دو مجذوري و استفاده از مدل سطحي براي بهينه سازي فرآيند هيدروليز اسيد رقيق مدل شده اند. نتايج نشان مي دهد كه پوست سبز گردو مي تواند يک منبع ليگنوسولوزي براي توليد شکر قابل تخمير در فرايند بيواتانول است. غلظت اين ترکيبات با دما افزايش مي يابد. همچنين افزايش توليد گلوکز در طي زمان مشخص مي باشد. زماني که محتوي جزءجامد افزايش مي يابد، غلظت گلوکز و محصولات ديگر نيز افزايش مي يابد. مدل سازي و شرايط هيدروليز قابل بهينه سازي بر اساس دما، زمان، غلظت اسيد و غلظت جامد قابل بهينه سازي است.
کلمات کليدي :
مدل سطحي – بهينه سازي – هيدروليز – اسيد رقيق – پوست سبز گردو – گلوکز
فصل اول
مقدمه
1-1بيواتانول چيست؟
اتانول با فرمول بسته C2H5OH از گروه آلکالهاي آلي است که در حالت معمولي مايعي بي رنگ با بويي ويژه است. قابليت حل شدن اتانول در آب زياد است بطوريکه به هر نسبتي با آب مخلوط مي شود. نقطه جوش آن 3/78 و نقطه انجماد آن_115 است . دانسيته نسبي آن در 20 درجه سانتيگراد 78/0 است. الکلها سمي هستند و اتانول از لحاظ پزشکي، از الکلهاي ديگر سميت کمتري دارد. در شرايط عادي، اتانول يک مايع فرار، قابل اشتعال، صاف و بي رنگ بوده که هم در آب و هم در حلال هاي غير قطبي محلول مي باشد.
بيواتانول که سوختي با طبيعت کربني است، با فرمول CH3-CH2-OH(اتيل الکل)مي توانند تا بيش از 70% از گازهاي گلخانه اي آزاد شده را کاهش دهد. اين سوخت داراي عدد اکتان بالاتر از (108)محدوده اشتعال پذيري گسترده تر گرماي تبخير بالاتري نسبت به بنزين دارد. به علت وجود اکسيژن بالا باعث کاهش انتشار گاز در موتور هاي احتراق ميگردد.
از معايب بيواتانول دانسيته انرژي پايين تري نسبت به بنزين دارد(بيواتانول 66درصد انرژي بنزين را دارد)، خورندگي، تابندگي مشعل کمتر، فشار بخار پائين تر، (استارت سرد را مشکل مي سازد)، اختلاط پذيري با آب و سميت براي اکوسيستمها مي باشد. برخي ويژگيها در جدول 1-1 نشان داده شده است.
جدول 1-1:مقايسه سه ماده قابل اشتعال اتانول، بنزين، گازوييل
اتانولبنزينگازوئيلدانسيته انرژي (Mj/Kg)6/268/438/42دانسيته انرژي (Mj/l)0/210/324/36دماي شعله(C(r))193019772054عدد اکتان00/392/2ناچيز
ناگفته نماند اعداد اکتان بالاتر در موتورهاي احتراق داخل ترجيح داده مي شود زيرا باعث کاهش ضربات سيلندر ميگردد.
بيواتانول داراي 35% اکسيژن است. هرچه سوخت شامل اکسيژن بيشتري باشد احتراق کامل تر است و مي توانند توليد NOX و ذرات معلق را که در طي فرآيند احتراق توليد مي شوند به ميزان قابل توجهي کاهش دهد يکي ديگر از مزاياي استفاده از اتانول اين است که مي توانند از منابع تجديد پذير حيات، بر پايه مواد سلولزي، که به ميزان قابل توجهي در طبيعت يافت مي شود، توليد شود. مي توان از مواد ارزان قيمت و در دسترس استفاده نمود. مخلوطهاي سوخت اتانول، به طور موفق در همه انواع وسايل و موتورهايي به کار برده مي شوند که نياز به بنزين دارند. مشهورترين مخلوط براي وسايل سبک کار بنام E85 شناخته شده است، که شامل 85% بيواتانول و 15% بنزين است.
مخلوطهايي که غلظتهايي بالاتر بيواتانول در بنزين دارند نيز مورد استفاده قرار مي گيرند. مثلاً بعضي موتورها ميتوانند روي مخلوطهاي بالاتر از 85% بيوتانول E85 کار کنند. برخي کشورها برنامه سوخت زيستي شامل هر دو فرم برنامه مخلوط بيواتانول و بنزين را امتحان کرده اند.
همان طور که گفته شد، احتراق کامل يک سوخت به وجود ميزان اکسيژن استوکيومتري نياز دارد. محتوي اکسيژن يک سوخت کارايي احتراقش را افزايش مي دهد. به همين دليل کارايي احتراق و عدد اکتان بيواتانول بالاتر از بنزين است. و اعداد اکتان بالاتر در موتورهاي احتراق داخلي ترجيح داده مي شوند زيرا باعث کاهش ضربات سيلندر ميگردد.
جدول 1-2برخي ويژگيهاي سوختهاي الکلي
ويژگي سوختاتانولمتانولايزواکتانعدد ستان85-عدد اکتان107112100دماي اشتعال اتوماتيک(k)606737530گرماي ويژه تبخيرMj/kg0.911.180.26انرژي گرمادهي Mj/kg26.719.944.4
1-2ضرورت استفاده از اتانول :
بيواتانول يک سوخت مايع مهم تجديد شدني در وسايل نقليه مي باشد، که برخلاف بنزين يک سوخت آميخته با اکسيژن، که شامل 35% اکسيژن است. بطوري که مي توانند ذرات ريز و نشر NOX را از احتراق کاهش دهد. زماني که عمل سوختن صورت مي گيرد. اتانول منتج شده از تخمير، هيچ افزايش خالصي را در ميزان دي اکسيد کربن جو بوجود نميآورد.
اگر بيواتانول حاصل از توده زيستي جهت به حرکت در آوردن وسايل نقليه با آلودگي کم استفاده شود نشر خالص CO2 کمتر از 7% از مقداري است که ماشين يکسان از بنزيني داراي فرمول جديد استفاده مي کند. از طرف ديگر با ملاحظه افزايش مستمر هزينه هاي مواد نفتي و وا بستگي به منابع سوخت فسيلي توجه قابل ملاحظه اي به منابع انرژي ديگر معطوف شده است. توليد اتانول يا اتيل الکل C2H5OH از توده زيستي روشي جهت کاهش مصرف مواد نفتي مي باشد. توليد داخل و استفاده از اتانول به عنوان سوخت مي توانند باعث کاهش وابستگي به بنزين، کاهش کمبودهاي تجاري ايجاد شغل در مناطق روستايي کاهش آلودگي همراه کاهش تغييرات جوي جهاني از دي اکسيد کربن شود. و ادامه استفاده از سوختهاي فسيلي براي بر آوردن تقاضاي جهاني انرژي منجر به افزايش غلظتهاي CO2 در جو و گرم شدن جهان شده است.
بدين سبب تلاشها برا ي توسعه روشهايي براي کاهش اثر انتشار گازهاي گلخانه اي افزايش يافته است. غلظت CO2 اتمسفر از مقدار اوليه v ppm280 به حدود ppmv370 درسال 2000 رسيد و همچنان رو به افزايش است. و دماي جو زمين را افزايش مي دهد. کاهش استفاده از سوختهاي فسيلي بطور قابل توجهي ميزان CO2 توليد شده را کاهش داده و باعث کاهش سطوح آلودگيها مي شود. بسياري از برنامه هاي تحقيقاتي اخيرأ روي بهبود مفاهيم چون منابع تجديد پذير توسعه پايدار انرژي هاي زيستي فرايند هاي سازگار با محيط زيست و غيره متمرکز نموده اند و به طور کلي فرايند استفاده از سوختهاي زيستي به شرح زير است.
1- سوختهاي زيستي به راحتي از منايع معمول بيومس بدست مي آيد.
2- در فرآيند سوختن CO3 وجود دارد.
3- توانايي سازگاري قابل توجهي با محيط زيست دارد.
4- اين سوختها توسط ميکروبها تجزيه پذيرند و در چرخه طبيعي شرکت مي کنند.

فصل دوم
کليات

2-1مقدمه:
سلولز فراوا نترين پلي ساکاريد در طبيعت است که حدود يک سوم وزن تمام گياهان را تشکيل مي دهد. سلولز پليمري از گلوکز بتا است که توسط اتصالات گليکوزيدي و به صورت رشته هاي موازي بهم متصلند. تئوري احتراق وهيدروليز در فرآيند توليد بيواتانول از پسماندهاي سلولزي مهم هستند.
مزاياي هيدروليز آنزيمي سلولز به قند شامل حل مشکلات ضايعات مواد سلولزي، تبديل گلوکز به اتانول ازطريق تخمير که بعنوان سوخت مورد استفاده قرار مي گيرد و توليد اتيلن از اتانول مي باشد. اين مواد در صنايع شيميايي و خود گلوکز بستگي به درجه خلوص آن در صنايع دارويي، غذايي کاربرد دارد. مناسب ترين روش توليد گلوکز روش ترکيبي (هيبريد) است که مراحل پيش فرايند آن که قبل از هيدروليز آنزيمي انجام مي شود براي حذف ناخالصي هاي غير سلولزي (ليگنين و همي سلولز) مي باشد.
براي اينکه بيو مس جامد به انرژي گرمايي تبديل شود بايستي عمليات احتراق را طي نمايد اگر چه تکنولوژي احتراق بسيار مختلفي در دسترس است. سه مرحله احتراق داريم که اشاره مي شود.
2-2تئوري احتراق:
2-2-1سوزاندن (احتراق مستقيم)
2-2-2فساد باکتريايي: باکتري از حيوانات و گياهان مرده تغذيه مي کند. زمانيکه گياهان و حيوانات فاسد ميگردند. آنها يک گاز بيرنگ و بي بو به نام متان توليد مي کنند. گاز متان از انرژي غني است و از اجزا تشکيل دهنده گاز طبيعي است که ميتوانيم براي توليد گرما و يا برق بسوزانيم.
2-2-3تخمير: ما ميتوانيم خمير ترش (يک باکتري) براي توليد يک الکل به نام اتانول به بيومس اضافه کنيم. براي قرنها مردم غلات را براي نوشيدني هاي الکلي مانند شراب و آبجو تخمير مي کردند. اتانول گاهي اوقات براي توليد سوخت موتور استفاده مي شود.
بيواتانول ممکن است بوسيله تخمير مستقيم از قندها و يا ازکربوهيدرات هاي ديگر که مي توانند به قند تبديل شوند همچون نشاسته و سلولز توليد شود. قندها از منابع مختلف بدست مي آيند. مواد خام مورد استفاده به سه دسته از مواد خام کشاورزي تقسيم مي شوند.
– قندهاي ساده از نيشکر، چقندر قند و ميوه ها
– نشاسته از حبوبات، سيب زميني و محصولات ريشه دار
– سلولز از چوب، پسماندهاي کشاورزي، فاضلاب هاي جامد شهري، هالوفيتها(شور پسند)، جلبکها، کاغذ باطله و پسماندهاي محصولي
2-3روشهاي هيدروليز پسماندهاي سلولزي:
به طور کلي سه روش براي هيدروليز سلولز و تبديل آن به بيواتانول در صنعت يافت مي شود که عبارتند از: هيدروليز اسيدي، هيدروليز آنزيمي و فرآيند هاي ترموشيميايي که در فصل سه توضيح کامل داده خواهد شد.
2-4مواد اوليه مورد استفاده در توليد بيواتانول:
2-4-1مواد اوليه قندي: تخمير در برگيرنده ميکروارگانيسم هايي است که از قندهاي قابل تخمير براي غذا در فرايند توليد اتانول وديگر محصولات جانبي استفاده مي کند. اين ميکرو ارگانيسم ها مي توانند نوعأ از قندهاي شش کربني استفاده نمايند که رايج ترين آنها گلوکز است. بنابراين مواد زيست توده شامل سطوح بالايي از گلوکز ساده ترين مواد جهت تبديل به اتانول مي باشد. بيو مس هاي قندي مستقيمأ قابل تخمير و تبديل به اتانول مي باشند و نياز به پيش فرآوري خاصي ندارند. معمولاً در دسترس و ارزان ترين اين پسماندها ملاس چغندر قند است که محصول جانبي کارخانجات توليد قند و شکر است و40 تا50 درصد قند قابل تخمير دارد. ماده بعدي نيشکر مي باشد. به هر حال، از آنجايي که مواد قندي در زنجيره غذايي انسان موجود است، اين مواد جهت استفاده در توليد اتانول بسيار گران قيمت است.
نيشکر در کشورهاي گرمسيري و نيمه گرمسيري کشت شده در حاليکه چغندر قند فقط عمدتاً در کشورهاي با آب و هواي معتدل کشت مي شود. برزيل بزرگترين توليد کننده نيشکر با حدود 27 درصد توليد جهاني و عملکرد 18ميليون گرم ماده خشک در هکتار مي باشد در حاليکه بالاترين عملکرد در پرو رخ مي دهد،که بيشتر از 32ميليون گرم ماده خشک نيشکر در هکتار توليد مي کند. محصولات زراعي چقندر در بيشترکشورها کشت شده و نسبت به گندم بازدهي بيواتانول در هکتار بيشتري دارد. ديگر مزاياي چقندر قند دوره کم توليد محصول، بازدهي بالاتر، مقاومت بالا به محدوده وسيعي از تغييرات آب و هوايي، نياز آب کمتر و نيازهاي کودي کمتر مي باشد. در مقايسه با چقندر قند 35-40 درصد کمتر به آب و کود نياز دارد. سورگوم شيرين يکي از اميد بخش ترين مواد براي توليد بيواتانول در کشورهاي در حال توسعه مي باشد. از نظر تئوري، 100گرم کلوکز، در حدود 4/51 گرم اتانول و 8/48 گرم دي اکسيد کربن توليد مي کند. به هر حال، در عمل اين ميکروارگانيسم ها از برخي از گلوکزها براي رشد بهره جسته و بازده واقعي آنها کمتر از 100% مي باشد.
2-4-2مواد اوليه نشاسته اي
ديگر ماده بالقوه در توليد اتانول نشاسته مي باشد(يوسين وديگران2007). مولکولهاي نشاسته متشکل از زنجيره هاي طولاني مولکولهاي گلوکز مي باشد. بنابراين مواد نشاسته اي مي توانند پس از شکستن مولکول هاي نشاسته به مولکولهاي ساده گلوکز، تخمير شوند. نمونه هايي از مواد نشاسته اي که در سراسر جهان براي توليد اتانول استفاده مي شوند. شامل گياهان گندمي، سيب زميني، سيب زميني شيرين و نشاسته کاساو مي باشد. هر 3/25 کيلوگرم ذرت مي توانند بين4/9-9/10 ليتر اتانول خالص بسته به تکنولوژيي است که مورد استفاده قرار مي گيرد، توليد نمايد. مواد نشاسته اي نيازمند واکنش نشاسته اي با آب هستند تا بتوانند نشاسته را به قند قابل تخمير بشکنند(قند سازي )عملأ هيدروليز به وسيله ترکيب کردن نشاسته با آب انجام مي شود تا دوغابي شکل گيرد(فرايند ژلاتيني کردن ) و پس از تکان دادن و گرم کردن آن بتوان ديواره هاي سلولي را قطع کرد. آنزيمهاي خاصي که بتوانند ترکيبهاي شيميايي را بشکنند در مقاطع زماني مختلفي در طول مدت سيکل گرمايشي بدان افزوده مي شوند. اين نوع زيست توده پر استفاده ترين ماده براي توليد بيواتانول در امريکاي جنوبي و اروپا است. گندم و ذرت عمدتاً با چنين اهدافي بکار گرفته مي شوند. آمريکا داراي صنعت بزرگ بيواتانول بر پايه ذرت با ظرفيت بيشتراز 15 بيليون ليتر در سال است، ذرت که در حال حاضر براي ساختن حدودأ 90% کل بيواتانول امريکا استفاده مي شود. انتظار است تا زيست توده برتر باقي بماند اگر چه احتمالاً کم کم تا 2016 کاهش ميابد.
صنعت بيواتانول بر پايه نشاسته به لحاظ تجاري بمدت سي سال زنده مانده است. در طي اين زمان بهبود هاي چشمگيري در کارايي آنزيم، کاهش هزينه ها و زمان فراوري و افزايش عملکرد هاي بيواتانول صورت گرفت. دو دليل عمده براي افزايش هزينه وجود دارد. يکي آن است که هر چقدر مخمر ساکارومايسيس نتواند از مواد نشاسته اي بهره ببرد مقادير زيادي از آنزيمهاي آميلولايتيک بنام گلوکوميلاز و آلفا- آميلاز نياز به اضافه شدن دارد. ديگري آن است که مواد نشاسته اي نياز به پختن در دماي بالا 453-413 کلوين دارد تا بهره بالاي بيواتانول بدست آيد.
2-4-3مواداوليه سلولزي (ليگنوسلولز)
همانند مواد قندي، مواد نشاسته اي نيز در زنجيره غذايي انسان قرار دارد در نتيجه گران قيمت مي باشد، خوشبختانه گزينه سومي وجود دارد که مواد سلولزي مي باشند. اين مواد سازنده نسل دوم توليد بيواتانول هستند. نمونه هاي مواد سلولزي عبارتند از:کاغذ، مقوا، چوب و ديگر مواد گياهي، ليگنو سلولز نيمي از کل مواد حاصل از فتو سنتز را شامل مي شود. و متشکل از سه پليمر سلولز، همي سلولز و ليگنين است. اين پليمرها پيوندهاي فيزيکي و شيميايي نزديک و محکمي با هم دارند و همه آنها در طبيعت به وسيله باکتري ها و قارچها تجزيه مي شوند. در ديواره سلولزي بافتهاي آوندي گياهان خشک زي، الياف سلولز در ميان ماده زمينه غير بلورين ليگنين و همي سلولز محصور شده است.
اين سه پليمر با نيروهاي غير کوالان و پيوندهاي تقاطعي کوالان بطور محکم به يکديگر متصل مي شوند و ترکيبي به نام ليگنو سلولز را ميسازند که بيش از 90 درصد وزن خشک سلول گياهي را تشکيل مي دهند. نسبت وزني هر يک از پليمرها بر حسب گونه و سن گياه و از اندامي به اندام دير متفاوت است. بطور ميانگين ماده ليگنو سلولز داراي 45 درصد سلولز،30 درصد همي سلولز و 25 درصد ليگنين است.
منابع سلولزي به وفور و در سطح وسيعي يافت مي شوند. به عنوان مثال جنگلها در حدود 80% درصد از زيست توده جهان را شکل مي دهند. بواسطه فراواني و بيرون بودن از زنجيره غذايي انسان ها مواد سلولزي به طور متناسبي براي توليد اتانول ارزان قيمت مي باشند. مواد سلولزي متشکل از مواد چوبي همي سلولز و سلولز مي باشند و بنابراين به آنها مواد سلولزي متشکل از بافت هاي چوبي ميگويند. درکل، سوخت هاي زيستي مانند بيواتانول و بيوديزلاز محصولات کشاورزي بدست مي آيند.
چون سوختهاي زيستي از گياهاني به دست مي آيند که هنگام رشدشان کربن هوا را جذب مي کنند در نتيجه مي توانند انتشار دي اکسيدکربن را جبران نموده و تغييرات آب و هوايي ناشي از احتراق(سوختن) سوختهاي فسيلي را کاهش دهند. جايگزين سوختهاي زيستي نسل اول به جاي سوخت هاي فسيلي ممکن است مشکلات گرم شدن زمين و آلودگي محيط زيست را کاهش دهد. عليرغم تمام مزاياي سوختهاي زيستي نسل اول، اين سوختها معايبي نيز دارند. يکي از آنها نابود کردن ذخاير غذايي از جمله محصولات کشاورزي مانند روغن نخل، سويا و شلغم روغني است که به عنوان منابع مهم چربي و روغن کاربرد وسيعي دارند. ذرت و نيشکرکه منابع بيواتانول در ايالات متحده آمريکاي جنوبي محسوب مي شوند به ترتيب براي توليد مواد غذايي و قند به عنوان کالاهاي مصرفي به کار رفته اند. با افزايش تقاضا براي اين محصولات کشاورزي مطابق با افزايش توليد سوخت هاي زيستي درسراسر دنيا، اين نگراني وجود دارد که اين رويداد باعث بالارفتن بيش از حد قيمت مواد غذايي مذکور شود. درنهايت هزينه هاي اضافي مربوط به قيمتهاي بالاي مواد غذايي به عهده مصرف کنندگان خواهند بود و بعدها باعث اعتراض و هرج ومرج مي شود. براي مثال، هزاران مکزيکي به خاطر قيمت بالاي تورديلا که در اصل با ذرت يکي از منابع غذايي مورد استفاده به عنوان منبع بيواتانول در ايالات متحده تهيه مي شود راهپيمايي و اعتراض کردند. چون محصولات کشاورزي ماده اصلي سوخت هاي زيستي هستند، به محيط کشاورزي وسيعي مطابق با تقاضاي بالا نياز است. جنگل هاي گرمسيري که سرشار از زيستگاههاي مهم و متنوع زيستي هستند به خاطر بعضي گياهان وجانوران در معرض خطر قرباني شدن هستند. تا محصولات انرژي زيستي مانند سويا که پرورش داده شوند. درنتيجه، مقاومت اکولوژيکي تحت تاثير قرار گرفته و باعث تشديد آلودگي زيست محيطي مي شود. از سوي ديگر، اعتراضات شديدي از سوي طرفداران محيط زيست به توليد بيش از حد محصولات انرژي زيستي شده است. اين طرفداران حفاظت محيط زيست براي تحريم فرآوردهاي بدست آمده از اين محصولات که به صورت بي وقفه توليدمي شوند، گرد هم جمع شده اند. با تمام مشکلات بحث برانگيز مربوط به سوختهاي زيستي نسل اول، به نظر مي رسد که اين سوختها منبع اصلي ذخيره انرژي نامناسبي هستند. درعوض، سوختهاي زيستي نسل دوم بهترين گزينه اي است که در حال حاضر وجود دارد. بيواتانول نسل دوم فقط به زيست توده سلولزي ارزان قيمتي به عنوان ماده اوليه نياز دارد که در سرتاسر دنيا فراوان و سهل الوصول است. افزايش در سوختهاي زيستي نسل اول که محصولات کشاورزي با ارزشي مانند نيشکر و ذرت را به عنوان ماده اوليه استفاده مي کنند، ديگر ضروري نيست. درنتيجه قيمت بيواتانول با زيست توده ارزان بعنوان ماده اوليه با بنزين قابل رقابت است.
بيواتانول نسل دوم، سوخت هاي زيستي هستند که از منابع غير خوراکي مانند زيست توده حاوي سلولز، همي سلولز وليگنين توليد مي شوند. به جز ليگنين، پلي ساکاريد هاي بلند زنجيره هيدروليز شده و مخلوطي از پنتوزها(C5) و هگزوزها(C6) را توليد مي کنند. گلوکز يکي از هگزوزها و ماده اوليه فرايند تخمير توسط آنزيم ها مي باشد مثلاً در توليد اتانول از ذرت و نيشکر، تفاوت ميان بيواتانول نسل اول و دوم اين است که در نوع دوم به يک مرحله اضافي براي هيدروليز زيست توده (بيومس) ليگنو سلولزي نياز داريم همان طور که در شکل2 -1 نشان داده شده است .
اگر يک مرحله پردازش(توليد) اضافي در هيدروليز ليگنو سلولز با گلوکز وجود داشته باشد، ليگنوسلولز از نظر دسترس پذيري بسيار فراوان و متنوع است. علاوه براين، به تقويت و افزايش کشاورزي در بيواتانول نسل اول که بازدهي (توليد) محصولات را مطابق با افزايش تقاضاي ماده اوليه براي سوخت هاي زيستي افزايش مي دهد، نيازي نيست. در نهايت، هزينه ماده اوليه براي ليگنو سلولز در مقايسه با محصولات کشاورزي کمتر است که براي بيواتانول نسل اول هزينه کل توليد به 70% مي رسد. درنتيجه قيمت بيواتانول نسبت به سوختهاي فسيلي مانند بنزين يا گازوئيل حالت رقابتي بيشتري خواهد داشت. منابع زيست توده ليگنو سلولزي براي توليد به سه نوع اصلي تقسيم شده است. يکي از آنها بقاياي جنگل است که شامل چوب ها و کاه هاي باقي مانده از صنايع خمير وکاغذ و عمليات قطع درختان مي شود. تمام بقاياي زيست توده سرشار از ليگنوسلولز است استفاده از آن به عنوان ماده اوليه مناسب مي باشد و علاوه بر اين، محصولات کشاورزي خاصي مانند گندم و محصولات با گردش زراعي کوتاه وجود دارند که براي اهداف کسب انرژي کشت شده اند. براي مثال گندم مانند ميسکانتوس(ميسکانتوس-گيگانتنوس) و سويچ گراس به عنوان راه حلي براي منابع فراوان و ارزان ليگنوسلولز وارد بازار شدند. مواد زائد درجه 2و3 نيز وجود دارد. مانند زباله هاي (جامد )شهري، کودهاي حيواني و زباله هاي ناشي از صنايع توليد موادغذايي، هالوفيتها تمام اين منابع سرشار از ليگنو سلولز هستند و به جاي استفاده از محصولات خوراکي مانند ذرت و نيشکر در بيواتانول نسل اول، اين منابع بعنوان ماده اوليه بيواتانول استفاده مي شود.
ليگنوسلولز بجز فراوان و ارزان بودن، مزاياي زيست محيطي و توليد ديگري نسبت به محصولات کشاورزي متداول ديگر دارد. براي مثال، از نظر بازدهي توليد، گياه ميسکانتوس مي توانند سالانه 40 تن در هکتار توليد شود. نيشکر يه مورد استثنايي است که بازدهي آن بسيار بالا يعني85 تن در هکتار مي باشد. در مقايسه با نيشکر که فقط در مناطق گرمسيري رشد مي کند، طبق گزارشات گياه ميسکانتوس در برابر شرايط آب و هوايي مقاومت بيشتري دارد. بنابراين در اب و هواي سرد نيز به زيست خود ادامه مي دهد. با وجود اين نيشکر منبع سلولزي مهمي حساب مي شود و به همراه باگاس(تفاله نيشکر) و کاه به عنوان ماده اوليه ارزان قيمت قابل استفاده اند.
جدول 2-1فراواني نسبي قندهاي موجود در اجزاي کربو هيدراتي چوب (%وزني) (گلدشتاين1981)
قندچوبهاي نرمپوست چوبهاي نرمچوبهاي سختپوست چوبهاي سختگلوکز65-6263-5773-5565-53زايلوز13-915-1139-2036-18مانوز16-716-64-4/03-3/0گالاکتوز17-65-14-16-1آرابينوز5-311-42-18-2رامنوز2-12-12-12-1اسيدهاي ارگتنيک7-407-40جدول2-2 ترکيب گونه هاي مختلف زيست توده هاي سلولزي(%وزن خشک) (گلدشتاين،1981)
موادسلولزهمي سلولزلگنينخاکسترمواداستخراجيجلبک40-2050-20000پنبه 95-8020-5000علف40-2550-2530-1000چوبهاي سخت47-4333-2824-168/0-4/08-2پوست چوبهاي سخت40-2238-2055-301-6/08-4چوبهاي نرم44-4029-2531-256/0-4/05-1پوست چوبهاي نرم38-1833-1560-301-6/06-2ساقه ذرت47-3931-265-316-123-1در صورتي که بيواتانول نسل دوم به عنوان يک منبع مقرون به صرفه و بادوام انرژي محسوب شود، موانع و محدوديت هايي وجود دارند که بايد بر طرف شوند. براي مثال، درحال حاضر توليد اتانول سلولزي گران تر از اتانول بدست آمده از ذرت يا نيشکر است. تاجايي که به اقتصاد مربوط مي شود، اتانول سلولزي گزينه جالب توجه و ماندگاري براي حل مشکل افزايش قيمت نفت خام نيست. به جز فاکتور هزينه، مشکلات مربوط به دانش فني، مسائل زيست محيطي و دسترس پذيري زيست توده نيز بايد قبل از توليد اتانول سلولزي با فشار کامل به جاي اتانول به دست آمده از محصولات زراعي شناسايي شده و بر طرف شوند.
توليد اتانول از موادليگنو سلولزي شامل هيدروليز بوده که پليمر هاي سلولز را به قندهاي قابل تخمير ميشکند، سپس فرآيند تخمير را در پي داشته که قندها را به اتانول تبديل مي کند و در نهايت فرآيند تفکيک و جداسازي است که طي آن تصفيه و خالص سازي اتانول جهت توليد اتانول سوختي صورت مي گيرد. با وجود اين، برخي از محصولات جانبي همچون ترکيبات فوران در طول هيدروليز شيميايي آزاد شده و مانع از فعاليت مخمر در طول کشت مي شوند که تلاشهايي در جهت غلبه بر اين مشکلات صورت گرفته است(پواردي، 2008). هر چند، به دليل قيمت بالاي مواد ليگنو سلولزي اتانول عمدتأ از اين مواد توليد نشده، اما پيش بيني مي شود که استفاده از اين ماده اوليه در آينده اي نزديک افزايش چشمگيري خواهد داشت و علاوه بر اينکه منبع اصلي توليد اتانول گشته، بيش از دوسوم کل توليد اتانول درسال2050 را نيز در برمي گيرد.
جدول2-3ترکيب بازدهي مواد متفاوت براي توليد بيواتانول(پواري، 2008)
موادخاکسترهمي سلولزسلولزلگنينپتانسيل توليداتانول(kg/kg)کاه گندم3/16/27341835/0شالي برنج9/187/22376/1334/0کاه جو1/7441/371146/0ساقه تنباکو4/22/284/422740/0باگاس06/247/392/2536/02-4-3-1 سلوز
فراوان ترين ترکيب آلي(پلي ساکاريد) در طبيعت است حدود يک سوم وزن تمام گياهان را تشکيل مي دهد. مقدار تخميني توليد آن در جهان40 ميليون تن در سال مي رسد. سلولز پليمري از گلوکز بتا است که در وضعيت طبيعي خود، زنجيره اي خطي متشکل از هزاران مولکول گلوکز است که توسط اتصالات گليکوزيدي و به صورت رشته هاي موازي بهم متصلند. واحد اصلي تکرار شونده سلوبيوز مي باشد. واحدهاي پي درپي گلوکز در سلولز، نسبت به واحدهاي مجاور خود180درجه به دور محور زنجيره گردش مي کنند و لذا سلوبيوز انتهايي به يکي از دو شکل متفاوت استرونو شيميايي ظاهر مي شود. زنجيره پليمر سلولز ساختار نواري مسطحي دارد که با پيوند هيدروژني داخلي پايدار مي گردند. سلولز در آب نامحلول است و قدرت کشش بالايي دارد و نسبت به تجزيه بسيار مقاومتر از ساير پليمر هاي گلوکز نظير نشاسته مي باشد. فيبرهاي سلولزي استحکام چوب را ايجاد کرده و شامل تقريبأ50-40 درصد وزني چوب خشک است.
2-4-3-2 همي سلولز
در حالي که سلولز همو پليمري خطي است. و ازگونه اي به گونه اي ديگر تفاوت چنداني ندارد، همي سلول هتروپليمري پر انشعاب و معمولا غير بلورين است. واحدهاي قندي همي سلولز، شامل پنتوزها(دي زايلوزياگزيلوز، ال آرابينز) و هگزوزها (دي-گالاکتوز، ال گالاکتوز، ديمانوز، ال رامنوز، ال فوکوز) و اسيدهاي يورونيک(اسيددي-گلوکورونيک) هستند. اين واحد ها بطور متغيير با استيل دار شدن و متيل دار شدن اصلاح مي شوند. همي سلولز معمولاً 28 درصد از چوبهاي نرم و 35 درصد چوبهاي سخت راتشکيل مي دهد. همي سلولز مخلوطي از مونوساکاريدهاي پليمرشده مختلف همچون گلوکز ومانوز، گالاکتوز، زايلوز، آرابينوز، اسيدگلوکرونيک و بقاياي اسيد گالاکترونيک است. زايلوز يک قند پنتوز است که از همي سلولز موجود در زيست توده هاي چوب سخت مشتق شده است. اما آرابينوز از قندهاي پنتوز که از بقاياي کشاورزي و ديگر گياهان زراعي علفي همچون علف، مشتق شده است. در صورتيکه آرابينوز فقط 2الي4 درصد از کل پنتوز در چوبهاي سخت را مي سازد، همي سلولز متشکل از زنجيره هاي طولاني مولکول هاي قند است اما در برگيرنده گلوکز(قند شش کربني) همراه با قند پنج کربني نيز است. ساختار دقيق شکل گيري همي سلولز، مي تواند بسته به نوع گياه متفاوت باشد، از آنجايي که قند پنج کربني شامل درصد بالايي از قندهاي در دسترس است، توانايي احياي مجدد و تخمير آنها به اتانول جهت کار آمدي و اقتصادي بودن فرايند حائز اهميت است. اخيراٌ ميکروارگانيزم هاي خاصي از نظر فني مهندسي بررسي شده اند که مي توانند قندهاي پنج کربني را با کارامدي بالايي به اتانول تبديل نمايند. يک نمونه از ميکروارگانيزم هاي از اين نوع که توسط دانشگاه فلوريدا توسعه يافته است قادراست هم قند پنج کربني و هم قند شش کربني را تخمير نمايد. ديگر محققان ميکروارگانيزم هايي با توانايي تخمير موثر در حداقل بخشي از قند را توسعه دادند.
2-4-3-3 لگنين
ليگنين پليمر مرکب و متقاطع و داراي اتصال عرضي، منومرهاي پيوند فنلي بوده که ساختار مولکولي بزرگي را مي سازند. اين ماده در ساختمان ديواره سلولي وجود دارد و در مقابل حمله ميکروبي و تنش اکسيدي غير قابل نفوذ و مقاوم مي باشد. لگنين در ديواره سلولي گياهان، سرخسها، پنجه گرگيان و بويژه دربافت هاي آوندي انتقال مايعات وجود دارد. لگنين دار شدن، استحکام مکانيکي بافت هاي چوبي را افزايش مي دهد و موجب سرپا باقي ماندن درختان غول پيکر بادها متر ارتفاع ميگردد. طي فرايند ليگنيندار شدن، مولکولهاي درحال رشد لگنين فضاي بي الياف سلولز و زنجيره هاي همي سلولز را پر مي کنند. لگنينها را بر اساس مقدار نسبي هر يک از واحدهاي ساختماني به سه نوع لگنين سخت چوب، لگنين نرم چوب و لگنين علفي تقسيم مي کنند. شکل 2-2 ساختار ان را نشان مي دهد.
شکل 2-2 ساختار سه نوع لگنين سخت چوب، لگنين نرم چوب و لگنين علفي
p-Coumaryl alcohol Coniferyl alcohol Sinapyl alcohol
معمولاً نرم چوبها شامل ليگنين بيشتري از سخت چوبها هستند. مانند هالوفيتها(شور پسندها) که در اراضي شور کشور براي اولين بار در دست مطالعه و اقدام است.Zainul Abideen و همکاران (2011) در بررسي توان گونه هاي هالوفيت بعنوان منبع بيوماس ليگنوسلولزي نشان دادند که برخي از گونهاي هالوفيت مانند Halopyrum، Karka، typha و …در مناطق ساحلي پاکستان پتانسيل محصولات بيواتانول را دارا هستند. آنها نشان دادندکه اين گراسهاي دائمي مقاوم به شوري بوده و نرخ رشد بالايي براي توليد بيوماس ليگنوسلولزي با کيفيت شامل37-26% سلولز، 38-24% همي سلولز و کمتراز10% ليگنين دارند. با انجام تحقيق در اين زمينه ميتوان در ايران با انتخاب گياهان دائمي با بيو ماس بالا که مواد ليگنو سلولزي مناسبي براي تبديل شدن به اتانول دارند با توجه به اينکه ايران 365 نوع هالوفيت دائمي و يکساله دارد. براي توليد اتانول استفاده کرد. اگر چه عناصر ساختاري اصلي در ليگنين مشخص شده است، امٌا بسياري ازجنبه هاي آن ناشناخته است. پيوندهاي شيميايي بين ليگنين و همي سلولز و حتي سلولز گزارش شده است. ليگنين ها به تجزيه آنزيمي و شيميايي بسيار مقاوند.
در صورت موفق آميز بودن اتانول از زيست توده، هزينه هاي اتانول کاهش چشمگيري خواهد داشت. چون قيمت ماده خام بيش از55% در هزينه توليد مشارکت دارد، مواد خام ارزان مانند بيومس ليگنو سلولزيک و ضايعات کشاورزي و غذايي، براي رقابتي کردن بيواتانول در بازار مورد توجه قرار گرفتند. بيومس ليگنوسلولز يک شامل گروه گوناگوني از مواد: باقيمانده هاي کشاورزي (کاه غلات، پوست برنج، ضايعات پنبه و…)، باقيمانده هاي جنگلي(هرس،چوب بري) و ضايعات جامد شهري مي باشد. توليد بيواتانول از اين مواد خام مي توانند جايگزين مناسبي براي انهدام اين باقيمانده ها باشد(وايمن و ديگران2007). لذا علاقه فزاينده اي به کشف استراتزي هاي جديد به منظور کاربرد اين باقيمانده ها براي توليد بيواتانول وجود دارد. يک مشکل عمده با توليد بيواتانول در دسترس پذيري موا د خام براي توليد است. اين در دسترس پذيري زيست توده ها براي توليد بيواتانول مي توانند به طور قابل توجهي از فصلي به فصل ديگر فرق کند و به موقعيتهاي جغرافيايي بستگي دارد. قيمت مواد خام هزينه هاي جمع آوري و انتقال تا حد زيادي متغيير است که مي توانند هزينه هاي توليد بيواتانول را متاٌثر نمايد. بنابراين تحقيق در خصوص گونه هاي بومي و محلي که قابليت توليد بيواتانول را دارند. مي توانند به توسعه اين صنعت کمک بزرگي کند. اخيراٌ اتانول عمدتاٌ از گياهان و محصولات زراعي توليد گشته و اين در گرايش و تمايل به استفاده از مواد ليگنوسلولزي ارزانتر به عنوان ماده اوليه براي توليد اتانول نظير کودزو(روان و ديگران2008) ماهولادرخت(سوتکومار و ديگران، 2008)، ضايعات حاصل از آسياب گندم(مارکوس2008)، پوست درختان(کيم و ديگران، 2008) مشاهده ميگردد.
2-5 بيواتانول سوخت سبز:
پيش رفتن کشورهاي دنيا به سمت صنعتي شدن و نيز روند رشد جمعيت از جملهي عواملي هستند که نياز روزافزون به منابع انرژي را روز به روز افزايش مي دهند. باتوجه به محدود بودن منابع سوخت هاي فسيلي و نيز لحاظ کردن مشکلاتي که اين نمونه سوخت ها از نظر زيست-محيطي بوجود مي آورند، بحث مطرح نمودن سوختي جايگزين که سازگاري بهتري با محيط زيست داشته باشد و از منابع تجديد پذير حيات تامين شده باشد را بطور جدي مطرح مي سازد. پيش بيني مي شود که در سال هاي آتي، توليد نفت خام در دنيا از ميزان کنوني آن کمتر باشد و روند رو به کاهشي را داشته باشد به گونه اي که تخمين زده مي شود که تا سال 2050 کل توليد نفت خام در دنيا از ميزان 25 بيليون بشکه به 5 بيليون بشکه کاهش مي يابد.
تمايل به توليد الکل از سلولز در تمام دنيا رو به افزايش است مواد سلولزي را ميتوان براي توليد سوخت استفاده نمود به طوري که کل توليد خالص گازهاي گلخانه‏اي کاهش يابد. مواد سلولزي به صورت محصول جانبي فرآيندهاي صنعتي و کشاورزي قابل دسترس مي باشد. فناوري تبديل مواد سلولزي داراي مشکلات فني و اقتصادي متعددي بوده که از تجاري شدن اين فناوري تا اين لحظه جلوگيري کرده است. همانگونه که ميدانيم مواد سلولزي به عنوان ضايعات کشاورزي شامل محصولات زراعي و باغي و ضايعات کارخانههاي کاغذ سازي ساليانه در کشور به عنوان مواد زائد و دور ريختني توليد مي شوند.
متأسفانه دور ريختن اين مواد باعث تخريب محيط زيست و سوزاندن آنها آلودگي شديد هوا را به دنبال دارد. يکي از راه هاي مناسب براي استفاه از اين زائدات تبديل آنها به الکل اتيليک مي باشد. محصول فوق در غلظتهاي مختلف (80-100%) توليد



قیمت: تومان


پاسخ دهید