بازدهی تخمیر گلوکز

۷۵/۰

بازده اتانول از گلوکز(کیلوگرم)

۱۳۰

مقدار ساقه ذرت به کیلوگرم

۱۰۰۰

میزان همی سلولز(کیلوگرم)

۲۹۰

بازدهی تبدیل همی سلولز

۹/۰

بازدهی استوکیومتری اتانول

۵۱/۰

بازدهی تخمیرزایلوز

۵/۰

بازده اتانول از زایلوز

۶۶

میزان کل تولید اتانول از۱۰۰۰کیلوگرم ساقه ذرت(کیلوگرم)

۱۹۶

۲-۷-۴ هیدرولیز آنزیمی
روش دیگر هیدرولیز، هیدرولیز آنزیمی است. آنزیمها پروتئینهای گیاهی هستند که باعث انجام واکنشهای شیمیایی مشخص می شوند. دو تکنولوژی در این زمینه گسترش یافته است. روش های تبدیل میکروبی مستقیم و آنزیمی(دمیر باس۲۰۰۵)، با انجام فراوری مناسب، هیدرولیز آنزیمی بازده بیشتری نسبت به هیدرولیز شیمیایی دارد ولی هزینه ها ی آن بالاست. تولید اقتصادی و به صرفه ی آنزیم سلولز یک راه برای اقتصادی کردن تولید بیواتانول از لیگنو سلولز ها در یک فرایند آنزیمی است. مواد لیگنوسلولز یک سو بسترای خیلی پیچیده است و به همین دلیل نیازمند یک مخلوط موثرآنزیمی است که توانایی شکافتن پیوندهای متفاوت درون زنجیره ی پلیمری سلولز را داشته باشد(داین ۲۰۰۶). توانایی و محدودیت مخلوط های گوناگون آنزیمی برای هیدرولیز کامل ساختارهای پلی ساکاریدی دیواره سلولی گیاه کانون تلاش های تحقیقی قابل توجه در طی سالهای اخیر بوده است. تولید سلولاز فعال و ارزان با توجه به موارد زیر صورت می گیرد. بهبود کیفیت آنزیم، طولانی کردن عمر آنزیم، افزایش قدرت تولید و بازدهی آنزیم وکاهش هزینه های محیط رشد و مواد، آنزیم های سلولاز پروتئین هایی هستند با وزن مولکولی در محدوده ی بین۳۰۰۰۰ تا AMU^[8]160000 و یک گونه ی بیضی گون منظم با ابعادی از حداقل۳۰ تا حداکثر۲۰۰ انگسترم هستند.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

آنها توانایی شکستن زنجیره ی سلولز به قندهای مونومر تشکیل دهنده اش را دارند. سطح داخلی چوب که می توانند یک نمونه بیومس فرض شود. خیلی بزرگ است اما تنها۲۰% از حجم خلل و فرج آن برای سایز مولکولهای سلولز قابل دسترسی است. بنابراین عملیات مقدماتی بر روی زیست توده برای افزایش سطح قابل دسترس لازم است.
این در صورتی به دست می آید که لیگنین و همی سلولز چسبان اطراف سلولز با کاهش بلورینگی و پلیمریزاسیون نازک شود. مزیت نهاییش اینست که این مسئله مقدار آنزیم هیدرولیتیکی مورد نیاز را کاهش می دهد که هنوز هزینه اصلی فرایند هیدرولیز است. اگر چه پیشرفت زیادی در بیو تکنولوژی برای کاهش هزینه ی آنزیم صورت گرفته اما هنوز ۴۵% کل هزینه ها را آنزیم بر عهده دارد(فن۱۹۸۷، فیلپدیس و سایرین۱۹۷۷). اساساً پیش فراوری به کار رفته می تواند بسته به مکانیسم بکار رفته برای سوبسترا فیزیکی، گرمایی، شیمیایی و بیولوژیکی باشد. گاهی اوقات ترکیب دو تا یا بیشتر از اینها باعث بهبود بازدهی می گردد.
۲-۸ پیش فرآوری فیزیکی:
دو نوع عملیات مقدماتی فیزیکی وجود دارد. مکانیکی و غیر مکانیکی(فان و سایرین۱۹۸۲). نوع اول شامل روش هایی مانند آسیاب کردن و سائیدن می باشد که ابعاد سوبسترای برای افزایش نسبت سطح به حجم که سلولز را قابل دسترس می کند کاهش می دهد. گر چه آسیاب کردن در کاهش سلولز بلورین(مک میلان۱۹۹۴) بسیار مناسب می باشد، اما زمان بالایی را نیاز دارد(بالای ۷روز) و امکان بهبود در فرایند کاهش مییابد(فان۱۹۸۲). پیش فراوری غیرمکانیکی یک ترکیب از نیروهای مکانیکی با نیروهای خارجی قدرتمند را فراهم می کند. نظیر پرتوافکنی و بخار با فشار بخار بالا که لیگنوسلولز را تجزیه می کند. تابش گاما که تصور می شود یک عملیات فیزیکی است برای کاهش دیواره ها تشکیل دهنده ی سلول در باقیمانده های کشاورزی برای افزایش هضم پذیریشان بکار میرود(آل _مسری و سایرین۱۹۹۹). اگر چه این عملیات درجه ی هیدرولیز بالایی را باعث میگردد اما نیازمند صرف زمان طولانی و انرژی بالایی است به همین دلیل خیلی از لحاظ اقتصادی مناسب نمی باشد.
۲-۸-۱انفجار بخار
هم اکنون یکی از موثرترین و گرانترین عملیات پیش فراوری فیزیکی و شیمیایی برای بیومس انفجار بخار است( زیمباردی۲۰۰۰، بالستروس۲۰۰۰). این فرایند از بخار آب اشباع در دما و فشار بالا استفاده می کند تا پیوندهای شیمیایی بین لیگنین، سلولز و همی سلولز از هم پاشیده شود. بیومس در اندازه مناسب خرد شده و به یک راکتور فشار بالا وارد می شود و برای یک زمان از قبل تعیین شده باقی می ماند. در انتهای این زمان انتخاب شده بیومس فرآوری شده از یک دریچه خارج می شود و مواد به تانک منتقل می شود و آنجا منفجرشده و بیومس و بخار منفجر شده بازیافت میگردد. شکل۲-۵ راکتور انفجار بخار را در یک مدل بسته نشان می دهد.
جداسازی انفجار بخار قبلاً در یک دامنه وسیعی از سوبستراها با موفقیت اثبات شده است. زمان بخار دهی نسبتاً کوتاه است (در چند ثانیه تا دقیقه). فشار بخار معمولاً در محدوده بین ۵/۱ تا ۴ مگا پاسکال قرار دارد. در حالیکه دماها بین ۱۸۰ تا ۲۳۰ درجه سلسیوس می باشد. این روش بر روی تعداد وسیعی از سوبستراهای بیومس، خرده های چوب، ماکراآلگا، باگاس، نیشکر، روغن های نخل و کاه گندم، شاهدانه، ذرت علفی. بررسی شده است(تورن و سایرین، ۱۹۹۸)
شکل۲-۵ نمایش عملیاتی راکتور انفجاری بخاری در یک مدل بسته (زیمباردی،۲۰۰۰)
۲-۸-۲ انفجار آمونیاک و دی اکسید کربن
دیگر عملیات مقدماتی مورد استفاده که ترکیب یک فعالیت فیزیکی و شیمیایی است. تکنیک انفجار فیبر آمونیاک^[۹]۱است که بیومس با آمونیاک در یک دمای ملایم ۳۰۰ درجه ی کلوین و فشار بالای(۲۴/۱مگاپاسکال) به مدت ۳۰ دقیقه فراوری می شود(دال و سایرین۱۹۹۶، ولانسکو۱۹۹۷) و سرانجام یک دریچه باز می شود و موجب وارد شدن افت فشار بالا می شود که بیومس منفجر میگردد. آمونیاک تبخیر می شود و حدود ۹۹% آن بازیافت می شود. و دوباره استفاده می شود. این روش به طور موثری بیومس غیر چوبی از قبیل باگاس وکاغذ روزنامه را از هم می پاشاند، اما روی بیومس چوب های نرم موثر نیست. برای بیومس های بدون چوب بازدهی در حد تئوری است(دالی و سایرین۱۹۹۶) ولی بیشتر از ۵۰ درصد بازده ی تئوری برای درخت تبریزی بدست نمی آید(بلکاسمی و سایرین۱۹۹۸).
اخیراً تعدادی پژوهش برای بهبود این فراوری به وسیله ی جانشینی امونیاک بادی اکسیدکربن مافوق بحرانی اختصاص داده شده است.
۲-۸-۳ پیش فرآوری شیمیایی