Wiley жаңартылатын энергия
жүктеу/скачать 4,71 Mb. Pdf көрінісі
|
85ed3add3d2c01aa56fd50434f088231 original.4943233
|
99 6.2.1 Биоэтанол Алкоголь отынын мұнай емес, биологиялық көздерден алады. Олар биологиялық көздерден шығатындықтан, оларды кейде биоспирттер деп атайды. Биомассадан гидролиз жолымен алынған этанол немесе этил спирті биоэтанол деп аталады. Биоэтанол бензинмен бірге автомобильдердің іштен жану қозғалтқыштары үшін отын ретінде пайдаланылуы мүмкін. 5% дейінгі шоғырланудағы биоэтанолды қозғалтқышты түрлендірусіз бензинге қосуға болады. Рұқсат етілген қоспадағы биоэтанолдың шоғырлануы түрлендірілген қозғалтқыштар үшін 85% - ға дейін болуы мүмкін. Этанол мен бензин қоспасынан жасалған отында тек бензин отынына қарағанда күкірттің аз мөлшері бар. Бұл күкірт оксиді, қышқылданған жаңбыр мен канцерогеннің негізгі компоненті шығарындыларының төмендеуіне әкеледі. Қант қамысы, бидай және жүгері сияқты дақылдар биоэтанол өндіру үшін пайдалануға болатын табиғи биоресурстардың ең маңызды түрлері болып табылады. Өсімдік материалында әртүрлі химиялық және биохимиялық әдістермен этанолға түрлендірілуі мүмкін жалпы формула (CH 2 O)N көмірсулардың көп мөлшері бар. Биоотын түрінде алынатын этанолдың көп бөлігі қанттан немесе крахмалдан жасалады. Қант қамысы, қант қызылшасы және құмай биоэтанол өндірісі үшін шикізат ретінде пайдаланылатын кәдімгі дақылдар болып табылады, ал крахмал шикізаты жүгері, бидай және маниокты қамтиды. Өсімдік целлюлозасы кейіннен биоэтанол өндіру үшін қант өндіру үшін шикізат ретінде де пайдаланылуы мүмкін. Алайда, күрделі құрылым салдарынан целлюлозаны қарапайым қантқа деполимерлеу қиын. Екінші жағынан, гемицеллюлоздар ксилоз және пентоз сияқты қант құрауыштарына оңай ыдырайды,бірақ кейінгі ферменттеу үдерісі қиын, өйткені бұл үшін этанолға дейін 5-көміртегі қанттарын ашытуға қабілетті жоғары тиімді микроағзалар қажет. Лигниннің өзін отын ретінде пайдалануға болса да, ол іс жүзінде ферменттелмейді. Өсімдік шикізатынан биоэтанол өндіру үш кезеңде жүзеге асырылады. Бірінші кезеңде химиялық әдістерді пайдалана отырып өсімдік материалын алдын ала өңдеу жүргізіледі: бумен өңдеу, талшықтарды аммиакпен өңдеу, CO 2 өңдеу, қышқыл немесе сілтілі гидролиз. Әдетте бұл химиялық өңдеу жоғары температура және т. б. сияқты төтенше жағдайларда қолданылады. Гидролитикалық ферменттермен катализделетін биохимиялық гидролиз қолайлы балама болып табылады. Келесі кезеңде өсімдік материалындағы көмірсуларды қанттандыру үдерісі арқылы қарапайым қантқа түрлендіруге болады. Целлюлаза сияқты ферменттер қарапайым қантқа целлюлозаны қанықтыру үшін қолданылады. Целлюлоза гидролизінің тиімділігі кеуектілігіне, кристалдылығына және лигнин мен гемицеллюлозаның болуына байланысты. Лигнин және гемицеллюлоза целлюлазаға теріс әсер етеді, оның субстраты үшін ферменттің қолжетімділігін азайтады. Осылайша, гидролиз үдерісін лигнин мен гемицеллюлозаны алып тастау, целлюлоза кристалдылығын төмендету және алдын ала өңдеу үдерісінде кеуектілікті арттыру арқылы айтарлықтай жақсартуға болады [14]. Ферменттеу қанттың оттегі жоқ болғанда микроағзалардың әсерінен спиртке айналған кездегі соңғы кезеңі болып табылады. Алынған биоэтанолды сүзу арқылы тазалауға болады. Ашытқы – әдетте спиртті ашыту үшін қолданылатын микроағза. Ол қантты глюкоза мен фруктозаға айналдыратын инвертазаны бөледі. Бұл жаңа қосылыстар ашытқыда болатын "зимаза" деп аталатын басқа ферменттің көмегімен этанолға айналады. Биомассаның кез келген нақты түрінің қантқа айырбасталуы ферменттеу үшін бастапқы шикізат ретінде оның құндылығын анықтайды. 6.2.1.1 Биоэтанол өндірісіне қатысатын микроорганизмдер Этанол фармацевтика, химия және тамақ өнеркәсібінде әр түрлі мақсаттарға кеңінен қолданылады. Өнеркәсіптегі этанол өндірісінің шамамен 80% - ы ферменттеу жолымен жүзеге асырылады. Микроағзалардың әртүрлі түрлері биоэтанол өндірісі үшін пайдаланылатын шикізатқа байланысты пайдаланылуы мүмкін. Ашытқы әдетте биоэтанолды өнеркәсіптік өндіру үшін қолайлы микроағзалар болып табылады, бұл үшін Saccharomyces ceveresia бүкіл әлемде сатылады. Этанолды өндірумен байланысты жылу сүйгіштердің кейбірі hermosaccharolyticum және Thermoanaerobacter ethanolicus клостридиялары деп хабарланды. Олар пентозаны және гексозаны субстрат ретінде пайдаланғаны дұрыс. Этанолдың ең жоғары шығуы (тұтынылатын глюкоза мольына 1,9 моль) Thermoanaerobacter ethanolicus жылу сүйгіш бактерияларында байқалады [15]. Биоэтанолды өндіру үшін жоғары өсу жылдамдығы мен субстраттардың кең спектрін пайдаланудың артықшылықтары ұсынылады. Сонымен қатар, көптеген жылу сүйгіштер мезофилдермен салыстырғанда жағымсыз соңғы өнімдердің аз түрлерін шығарады. Мұндай Trichoderma reesei және Aspergillus niger сияқты саңырауқұлақтар этанол өндіру үшін қант қамысы күнжарасында целлюлозаны өте жақсы түрлендіре алатын целлюлаза ферментін өндіреді. Тропикалық аймақтарда, биоэтанол Zymomonas mobilis 100 пайдалана отырып алынды, бірақ оның көмірсуларды ферменттеу спектрі тым кең емес, ол оның әсерін азайтады. Соңғы уақытта әртүрлі органикалық заттардың катаболизмімен байланысты бөтен гендерді анықтауда гендік инженерия танымал. Zymomonas mobilis және Е. Сoli этанолдың сәтті тиімді өндірушілеріне айналды [16, 17]. DuPont компаниясы жақында целлюлоза этанолын өндіру үшін генетикалық түрлендірілген Z. mobilis қолдана бастады [18]. 6.2.1.2 Биоэтанолды өндіруге арналған субстраттар Әзірге биоэтанолдың әлемдік өндірісінің басым бөлігі қант қамысы мен қант қызылшасы сияқты дақылдарға негізделген. Жүгері сияқты дәнді дақылдар сондай-ақ көптеген салаларда микроағзалардың көмегімен этанол өндіру үшін шикізат ретінде пайдаланылады. Қазіргі уақытта ғалымдар лигноцеллюлоза биомассасының кең таралуына байланысты оны субстрат ретінде зерттейді. Лигноцеллюлоза – лигнин, гемицеллюлоза және целлюлоза қоспасы. Лигноцеллюлоза – адамдар мен жануарлардың көпшілігі сіңірмеген өсімдіктің бөлігі. Бұл азық-түлік өнімі емес, мысалы, сабақтар, үгінділер және жоңқа. Лигноцеллюлоза биомассасын қантқа гидролиздеуге болады. Әртүрлі лигноцеллюлозды бастапқы материалдар үшін гидролиздің әртүрлі технологиялары қант қоспасын береді (глюкоза, ксилоза, арабиноза сияқты), олардың кейбіреулерін қарапайым микроағзаларды пайдалана отырып, биоэтанолға тиімді ферменттеу өте қиын. Биоэтанолдың жоғары шығымына жету үшін лигноцеллюлоза биомассасының гидролизінің нәтижесінде пайда болатын күрделі қанттарды ферменттеу қажет. Ол үшін күрделі қантты ашытуға қабілетті микроағзалар қажет. Гендік инженерия ксилоза сияқты күрделі қантты тиімді ферменттеуге қабілетті микроағзалардың жаңа штаммдарын әзірлеуге әкелді. Биоэтанолды өндіруге арналған өңдеуге болатын жеуге жарамсыз өсімдік қалдықтарының саны үлкен. Қант қамысының күнжарасы – қант өнеркәсібінде кеңінен қолжетімді және арзан жанама өнім. Ол биоэтанол өндіруге арналған целлюлозды ферментпен гидролизденуі мүмкін целлюлозаға бай. Осыған ұқсас, биоэтанол өндіру үшін ағаш, қағаз массасы немесе ауылшаруашылық қалдықтары сияқты басқа целлюлоза биомассасын пайдалануға болады. Біз биоэтанол өндіру үшін сондай-ақ апельсин қабығын, агава жапырақтарының қалдықтарын, саго қалдықтарын және картоп крахмалын да пайдаланамыз. жүктеу/скачать 4,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|