توليد بوتانول زيستي از زيست توده ليگنوسلولزي با بهره گيري از محصولات توليدي فرايند تخمير

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

دكتري

زيست توده ليگنوسلولزي، به عنوان يك منبع تجديدپذير ارزان و فراوان، يك ماده اوليه مناسب براي توليد سوخت زيستي است. بخش همي‌سلولز اين زيست‌توده، با وجود آن‌كه منبعي غني از كربن قابل‌تخمير است، معمولاً در فرايندهاي متداول توليد سوخت‌هاي زيستي به‌طور مؤثر مورد استفاده قرار نمي‌گيرد و همين امر موجب كاهش راندمان تبديل زيست‌توده‌هاي ليگنوسلولزي داراي همي‌سلولز، از جمله باگاس نيشكر، شده است. در اين مطالعه، يك فرايند يكپارچه براي تبديل مؤثر همي¬سلولز و سلولز باگاس به استون، بوتانول و اتانول، با استفاده از باكتري كلستريديوم استوبوتيليكوم توسعه داده شد. اين فرايند شامل هيدروليز اسيد رقيق، پيش-فراوري حلال آلي، هيدروليز آنزيمي و تخمير بود. براي اطمينان از يك فرايند پايدار، محصولات فرعي تخمير اوليه (مانند اسيد استيك و اسيد بوتيريك) به عنوان عوامل اسيدي در هيدروليز اسيد رقيق همي¬سلولز براي استخراج زايلوز استفاده شد. بازده بازيابي زايلوز در دماي ℃ 180، % 3/22 و به طور قابل توجهي بالاتر از دماي ℃ 150، (% 6/7) بود. اسيدهاي آلي باقي‌مانده بر سوبسترا حاصل از مرحله هيدروليز اسيد رقيق در مرحله بعدي (پيش¬فراوري حلال آلي) به عنوان كاتاليست عمل نمود و فرايند جداسازي ليگنين را بهبود بخشيد. هيدروليز آنزيمي جامد پيش‌فراوري‌شده در شرايط بهينه (℃ 180 و %10 اسيد آلي) به توليد g/l 1/34 قند قابل تخمير و بازده % 7/88 منجر شد. تخمير مخلوط هيدروليزيت اسيد رقيق سم¬زدايي شده و هيدروليزيت آنزيمي نشان داد كه تركيب مكمل اين دو جريان منجر به افزايش توليد ABE مي¬شود، به طوري كه مقدار كل حلال¬ها از g/l 9/9 در حالت مرجع به g/l 2/12 در بهترين شرايط رسيد. در ادامه اين تحقيق، باگاس به عنوان پايه براي تثبيت سلول¬ها در فرايند تخمير ناپيوسته تكراري استفاده شد. اين روش سبب افزايش 9-15 درصدي توليد حلال¬ها شد. در راستاي تقويت جنبه‌هاي پايداري فرايند، بقاياي سلولي حاصل از خودكافت باكتري به‌عنوان منبع طبيعي مواد معدني مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه مواد معدني نقش كليدي و تعيين‌كننده‌اي در هدايت متابوليسم باكتري از فاز اسيدزايي به فاز حلال‌زايي ايفا مي‌كنند. افزودن ml 5/0 از محلول خودكافت به محيط كشت فاقد مواد معدني خارجي، توليد بوتانول را به سطح معادل از محيط شاهد حاوي مواد معدني شيميايي رساند. اين جايگزيني نه‌تنها نياز به تأمين مواد معدني گران‌قيمت را حذف كرد، بلكه با استفاده مجدد از ضايعات همان فرايند، گامي مهم در جهت توسعه يك فرايند پايدار برداشته شد.

236601

مهندسي شيمي

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان