Bioenergik etanol butanol leszt anyagcsere Alapanyagok Cukor Kemnyt

Bioenergiák: etanol, butanol

Élesztő anyagcsere

Alapanyagok • Cukor • Keményítő • Cellulóz

Alapanyagok • Cukor • Keményítő • Cellulóz

Alapanyagok • Cukor • Keményítő • Cellulóz • 2 x 1011 tonna biomassza/év/Föld, fele cellulóz • Cellulóz, hemicellulóz, lignin • Kristályos, stabil szerkezet: nehezen bontható

Bioetanol folyamatábra cukorra Biomassza termelés Etanol tisztítás Glükóz fermentáció Etanol kinyerés Fermentációs maradék

Bioetanol folyamatábra keményítőre Biomassza termelés Etanol tisztítás Keményítő fiziko-kémiai előkezelés Glükóz fermentáció Keményítő enzimes előkezelés Enzim gyártás: amiláz, glukoamiláz Etanol kinyerés Fermentációs maradék

Bioetanol folyamatábra cellulózra Biomassza termelés Cellulóz fiziko-kémiai előkezelés Cellulóz enzimes előkezelés Pentóz fermentáció Glükóz fermentáció Enzim gyártás: exo-, endo glükanázok, glükozidáz, xilanáz Etanol tisztítás Etanol kinyerés Fermentációs maradék + lignin

Bioetanol keményítőből • Fizikai- kémiai előkezelés – Keményítő hidrofób – Hense edény • Hidrátburok főzéssel

Bioetanol keményítőből • Enzimes előkezelés cefrekádban – Keményítő elágazó cukorpolimer – α-amiláz (1, 4 -glükozid kötést bont) • B. licheniformis, B. subtilis, A. oryzae – Glükoamiláz (1, 4 -, 1, 6 -, 1, 3 -glükozid kötést bont • A. niger

Bioetanol keményítőből • Fermentáció – Élesztő: anaerob fermentorban – 15 -35 ◦C, kevert, fed-batch vagy folyamatos – 10 -15 % Et. OH tartalmú fermentációs termék • termékgátlás • biomassza

Bioetanol keményítőből • Et. OH kinyerés – Desztilláció • Rozsdamentes acél • 82 -87 % Et. OH + H 2 O

Bioetanol keményítőből • Et. OH tisztítás – Acetaldehid mentesítés • 1 -2 %, erős oxidálószer • Desztilláció rézedényben – Vízmentesítés • Adszorpcióval • 96 -100 % Et. OH – Üzemanyag kiegészítőként – Kémiai ipari alapanyagként

Bioetanol gyártás • Fejlesztési területek – Et. OH tűrő élesztő • GMO – Et. OH termelő baktérium • pl. Zymomonas mobilis – mezofil, gyorsan szaporodik, GMO • Thermoanaerobacter aethanolicus – termofil, gyorsan szaporodik, hatásfok nő – Immobilizálás • Élesztőre, baktériumra

Bioetanol felhasználás • Élvezeti cikk

Bioetanol felhasználás • Üzemanyag adalék – E-15, E-25, E-85 – Brazília kezdte • 20% bekeverés – 1970: karburátor probléma – Ma: lehetséges • Égéshő ≈ benzin • Párolgáshő alacsonyabb – Hidegindítás • Csak vízmentes Et. OH keverhető benzinnel!

Bioetanol felhasználás • Vegyipari alapanyag • Fermentációs ipari alapanyag – Polihidroxi alkánsavak – Ecetsav • Takarmány kiegészítő – Marhahús puhítás • Dízel olaj adalék – peroxidokkal

Fermentációs maradék: szeszmoslék • 1 lit Et. OH + 10 lit maradék – Takarmány kiegészítő – Energia: biogáz

Bioetanol gazdaságosság • Alapanyag: cukor – cukorpolimer • Energiaigény – Teljes költség kb. 40 % – Fosszilis vagy megújuló • Megújuló: égetés vagy biogáz • Hidrolizáló enzimek – Keményítő: teljes költség 25 % – Cellulóz: instabil enzimek, drága, nem hatékony • Fermentációs maradék hasznosítás – Takarmány = értékes melléktermék, ha van elég állat – Biogáz = energia igény • Életciklus számítások – Helyi körülményektől függ mérsékelt égövben

Aceton - Butanol termelés • Et. OH után a 2. legfontosabb fermentációs termék – Pasteur (1861): mikrobiális butanol fermentáció – 1900 - szintetikus gumigyártás alapanyaga • Clostridium acetobutylicum (1910 -) – Weizmann vs. Fernbach

ABE termelés • Clostridium acetobutylicum – Gram + – Obligát anaerob – Spórát képez – Keményítő hidrolizátumon, melaszon jól nő • csicsóka, tejpermeátum, almalé, alga is jó táp – Butanol: Aceton: Et. OH = 6: 3: 1 arányban – Frakcionált desztilláció • Szakaszos, folyamatos üzemmódban

ABE biokémia • C. acetobutylicum – Szerves oldószerek • butanol, aceton • etanol, i-propanol – Szerves savak • ecetsav, tejsav • vajsav

AB biokémia: Embden-Meyerhof

AB biokémia Acetogenezis Szolventogenezis

AB szabályzás • Intracelluláris redox egyensúly szabályoz – Nehéz befolyásolni – p. H kritikus • p. H ≈ 6 -7 → acetogenezis • p. H ≤ 4 → bespórázik

AB szabályzás • Intracelluláris redox egyensúly szabályoz • Fe limitáció – Acetogenezis utat Fe hiány gátolja • Piruvát ferredoxin oxidoreduktáz (PFOR) • NADH ferredoxin oxidoreduktáz • [Fe. Fe] hidrogenáz • Szubsztrát limitáció – Stacioner fázisban szerves savakat újra felhasználja → szolventogenezis

Biobutanol előnyök

ABE hasznosítás • Oldószer, vegyipari alapanyag • Melléktermékek – Biomassza: B-vitaminok – H 2, CO 2: energia, vegyipar • Bioüzemanyag – Jobb, mint Et. OH bekeverés