Bioenergiák: etanol, butanol
Élesztő anyagcsere
Alapanyagok Cukor Keményítő Cellulóz
Alapanyagok Cukor Keményítő Cellulóz
Alapanyagok Cukor Keményítő Cellulóz 2x1011 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 Etanol kinyerés Enzim gyártás: amiláz, glukoamiláz Keményítő enzimes előkezelés Fermentációs maradék
Bioetanol folyamatábra cellulózra Pentóz fermentáció Biomassza termelés Etanol tisztítás Cellulóz fiziko-kémiai előkezelés Glükóz fermentáció Etanol kinyerés Cellulóz enzimes előkezelés Enzim gyártás: exo-, endo glükanázok, glükozidáz, xilanáz 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 % EtOH tartalmú fermentációs termék termékgátlás biomassza
Bioetanol keményítőből EtOH kinyerés Desztilláció Rozsdamentes acél 82-87 % EtOH + H2O
Bioetanol keményítőből EtOH tisztítás Acetaldehid mentesítés 1-2 %, erős oxidálószer Desztilláció rézedényben Vízmentesítés Adszorpcióval 96-100 % EtOH Üzemanyag kiegészítőként Kémiai ipari alapanyagként
Bioetanol gyártás Fejlesztési területek EtOH tűrő élesztő GMO EtOH 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 EtOH 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 EtOH + 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 EtOH 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:EtOH = 6:3:1 arányban Frakcionált desztilláció Szakaszos, folyamatos üzemmódban
ABE biokémia C. acetobutylicum Szerves oldószerek Szerves savak 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 pH kritikus pH ≈ 6-7 → acetogenezis pH ≤ 4 → bespórázik
AB szabályzás Intracelluláris redox egyensúly szabályoz Fe limitáció Acetogenezis utat Fe hiány gátolja Piruvát ferredoxin oxidoreduktáz (PFOR) NADH ferredoxin oxidoreduktáz [FeFe] hidrogenáz Szubsztrát limitáció Stacioner fázisban szerves savakat újra felhasználja → szolventogenezis
Biobutanol előnyök
ABE hasznosítás Oldószer, vegyipari alapanyag Melléktermékek Biomassza: B-vitaminok H2, CO2: energia, vegyipar Bioüzemanyag Jobb, mint EtOH bekeverés