خانه / کاربرد علم شیمی در زندگی معمولی / بررسی روش‏های هیدرولیز در فرآیند تولید بیواتانول از پسماندهای سلولزی

بررسی روش‏های هیدرولیز در فرآیند تولید بیواتانول از پسماندهای سلولزی

ذخایر انرژی فسیلی جهان، با صنعتی شدن و روند فزاینده مصرف کنونی، تا چندین سال دیگر به اتمام خواهد رسید و هر کشوری که به فکر تامین منابع انرژی خود نباشد، با مشکلات فراوان روبرو خواهد شد. اما منابع گیاهی و سلولزی موجود در دنیا، جایگزینی تجدید شونده، برای منابع نفتی می‌باشند. بایو اتانول یا سوخت سبز می تواند به صورت ترکیبی با گازولین در وسایل نقلیه مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان یک منبع انرژی تجدید پذیر، اتانول نیاز به استفاده از سوخت های فسیلی را کاهش داده که این به نوبه خود منجر به کاهش گازهای گلخانه ای می گردد. استفاده ازبایواتانول که سوختی با طبیعتی کربنی است، میتواند تا بیش از ۷۰ % از گاز های گلخانه ای آزاد شده را کاهش دهد. انتظار می رود که CO2 آزاد شده در هنگام عملیا ت تولید الکل و احتراق آن در موتور ها توسط گیاهان غله ای در حال رشد، به موجب عمل فوتوسنتز جذب گردد. در این مقاله روشهای مختلف آماده سازی و هیدرولیز پسماندهای سلولزی جهت تبدیل به اتانول مورد بحث و بررسی قرار گرفته و مناسب ترین روش آماده سازی و هیدرولیز به سرمایه‌گزاران بخش تولید ارائه می گردد. چرا که این بخش مهمترین بخش در فرآیند تولید الکل از پسماندهای سلولزی می‌باشد و بخش عمده‌ای از هزینه‌های فرآیند را به خود اختصاص می‌دهد.
مقدمه
فراوان‏ترین ماده آلی بر روی کره زمین سلولز و پلی‏ساکاریدهای مشابه آن می‏باشند که در ساختار گیاهان به کار رفته‌اند. توده زیستی گیاهی بیشتر از سه ترکیب سلولز (۴۰%)، همی‏سلولز (۳۳%) و لیگنین (۲۳%) تشکیل شده است. تخمین زده می‌شود که در حدود ۱۰۱۰ ×۴ تن سلولز، در سال بوسیله گیاهان آلی تولید ‌شود. یا به‏عبارتی به ازای هر نفر در هر روز ۷۰ کیلوگرم سلولز سنتز می‌شود.
اگر با فرایندی مناسب و اقتصادی سلولز گیاهان به قندهای ساده و قابل تخمیر تبدیل شود، تحولی شگرف در صنایع غذایی و همچنین تولید سوخت‏های طبیعی روی خواهد داد. پس از تولید گلوکز می‏توان با استفاده از میکروب‏های دیگری و با استفاده از عمل تخمیر از قندهای موجود، اتانول تولید کرد که جانشینی مناسب برای سوخت‏های فسیلی می‌باشد.
در کشور ایران نیز از ضایعات گیاهی و کشاورزی سلولزی استفاده مطلوبی نمی‌شود به‏طور مثال ساقه برنج و باگاس نیشکر به ترتیب دو ماده با اهمیت لیگنوسلولزی می‏باشند. ساقه برنج هر ساله در مقادیر زیاد و به‏عنوان ضایعات کشاورزی سوزانده شده و سبب آلودگی محیط زیست می‏گردد. باگاس نیشکر نیز یک باقیمانده فیبری حاصل از ساقه‏های نیشکر پس از خرد کردن و استخراج عصاره نیشکر می‏باشد که به‏عنوان ضایعات هر ساله به‏میزان زیادی تولید شده و بخشی از آن مجدداً به‏عنوان سوخت بویلرهای کارخانه به‏کار رفته و مابقی بدون اینکه بهره‏برداری مفیدی از آن صورت گیرد از بین می‏رود. لذا با توجه به اینکه سلولز تنها منبع تجدید پذیر کربن است که در مقادیر انبوه در دسترس بوده، می‏تواند راه حلی جهت رفع مشکلات مربوط به کمبود انرژی از طریق روش های ارزان و اقتصادی باشد. بدلیل اهمیت مشکلات زیست محیطی ناشی از سوخت‏های فسیلی، اتحادیه اروپا در نوامبر سال ۲۰۰۱ طی قانونی کشورهای عضو را وادار به استفاده از منابع تجدید پذیر حیات برای تولید سوخت نموده است، به نحوی که بر طبق این قانون در سال ۲۰۰۵ بایستی ۲% کل سوخت مصرفی این کشورها از این منابع تامین شده باشد و این رقم در سال ۲۰۱۰ می بایستی به ۷۵/۵% برسد ]۱[.
اتانول یکی از جمله موادی است که به‏عنوان جایگزین برای سوخت‏های فسیلی مطرح می‏باشد. با توجه به اینکه اتانول دارای ۳۵% اکسیژن در ترکیب خود می‏باشد یک سوخت تمیز به شمار می رود که می تواند تولید NOx و ذرات معلق را که در طی فرایند احتراق تولید می‏شوند به میزان قابل ملاحظه‏ای کاهش دهد. یکی دیگر از مزایای استفاده از اتانول این است که می‏تواند از منابع تجدید پذیر حیات – بر پایه مواد سلولزی – که به‏میزان قابل توجهی در طبیعت یافت می‏شود تولید شود و بدین وسیله هم از مواد اولیه ارزان قیمت و در دسترس استفاده می‏نماید و هم مشکلات دور ریز این مواد و انباشته شدن آنها در محیط زیست را برطرف می‏نماید. برای ذکر نمونه‏هایی از این مواد اولیه می‏توان به دور ریز چوب فراورده‏های جنگلی و کشاورزی، دور ریز پساب کارخانه‏های صنعتی نظیر کارخانه‏های کاغذ سازی و نساجی (الیاف کتانی)، پسماندهای کارخانه ی نیشکر، برنج، گندم، ذرت و جو و نیز دور ریز کارخانه‏های کمپوت( نظیر هسته میوه جات) اشاره نمود.
یکی از مشکلات مطرح در مورد استفاده از اتانول به‏عنوان سوخت، بالا بودن قیمت نهایی آن می‏باشد که با پیشرفت فرایند تولید اتانول، روند رو به کاهش را طی می‏کند. برای نمونه، چنانچه برای هر تن خوراک جامد جهت تولید اتانول در آمریکا قیمت ۲۵ دلار را در نظر بگیریم، قیمت تمام شده اتانول از قیمت فعلی ۱۶/۱ دلار به ۷۶/۰ دلار در سال ۲۰۱۵ کاهش خواهد یافت که حدود ۳۴% کاهش قیمت را نشان می‏دهد ]۲[.
در خاتمه، به‏منظور اینکه از میزان اتانول تولیدی به ازای خوراک ورودی تقریبی داشته باشیم بیان می‏داریم که از دیدگاه تئوری، هر تن تفاله نیشکر خشک توانایی تولید ۱۱۲ گالن اتانول را دارد ]۳[.
پر واضح است که این میزان تولید بیش از هر چیز به میزان سلولز موجود در خوراک، فرآیند و شرایط عملیاتی تبدیل سلولز به اتانول بستگی دارد.

مواد حامل انرژی
چنین گفته می شود که سلولز بیشترین ماده ی آلی دور ریخته شده و متروکه بر روی سطح کره ی زمین می باشد، که می‏تواند منبع بسیار خوبی برای تولید اشکال دیگری از انرژی (بیو انرژی) باشد ]۴[. سلولز را می‏توان در منابعی مانند مواد چوبی، سوخت، منسوجات، کاغذ و مواد پلاستیکی یافت. سلولز پلیمری است که از واحدهای مونومری انیدروگلوکز (anhydroglucose) تشکیل شده است ]۵[. شکل مولکولی سلولز در زیر ترسیم شده است.

شکل ۱٫ شکل مولکولی سلولز

بدلیل تفاوت در طول زنجیره سلولزی، نیروی واکنش بین زنجیره‏ها، تعداد زنجیره‏ها و نیز درجه پلیمریزاسیون ترکیبات مختلف سلولزی که از منابع مختلف تهیه می‏شود، پتانسیل تبدیل سلولز به گلوکز از یک منبع سلولزی به منبع دیگر می‏تواند کاملا متفاوت باشد.
چنانچه بخواهیم مواد اولیه قابل استفاده در فرایند تبدیل گلوکز به سلولز را دسته‏بندی کنیم می‏توانیم سه دسته کلی زیر را عنوان کنیم.
۱- محصولات جنگلی: این محصولات می تواند شامل شاخه، ریشه، ساقه و برگ درختان (مانند برگ درخت نخل) و یا میوه درختانی نظیر کاج باشد.
۲- محصولات کشاورزی: این دسته شامل مواری نظیر ساقه نیشکر، بازمانده غلات (نظیر کاه و ساقه برنج، ذرت، گندم و جو)، ساقه گیاهان، علوفه و ریشه می‏باشد.
۳- بازیافت محصولات صنعتی: در این دسته می‏توان به مواردی نظیر دور ریز کارخانجات کاغذ سازی (پساب و نیز کاغذهای دور ریخته شده) ، نساجی (پساب و الیاف کتانی) و صنایع چوب (خرده و براده چوب) اشاره کرد.

فرآیند
فرآیند کلی تبدیل سلولز به اتانول مشتمل بر چهار واحد اصلی زیر می باشد ]۶].
. آماده سازی (pre-treatment)
. هیدرولیز(hydrolysis)
. تخمیر (fermentation)
. جداسازی و خالص سازی (separation/purification)
از آنجایی که هدف این مقاله بررسی فرآیند تبدیل سلولز به گلوکز می باشد تنها به ذکر دو مورد اول اکتفا خواهد شد. زیرا اهداف این دو واحد تبدیل مواد اولیه سلولز به گلوکز به عنوان یک ماده میانی فرآیند می‏باشد که پس از عمل تخمیر، به اتانول تبدیل خواهد شد و در واحد جداسازی و خالص سازی الکل با درجه خلوص دلخواه و مورد نظر بدست می‏آید. شایان ذکر است که آماده سازی و هیدرولیز از مهم‏ترین بخش‏های فرآیند تبدیل سلولز به اتانول می‏باشند که بخش عمده‏ای از هزینه فرآیند را به خود اختصاص می‏دهند.
مواد لیگنو-سلولزی به‏دلیل ساختار فیزیکی لیگنین و نیز ساختار کریستالی سلولز در مقابل عمل هیدرولیز از خود مقاومت نشان می‏دهند که این مانعی در برابر فرآیند کلی تبدیل سلولز به اتانول و پایین آوردن بهره فرآیند می‏شود. بنابر این قبل از اینکه مواد اولیه سلولزی را وارد فرآیند هیدرولیز نماییم می‏بایستی آن را برای هضم این فرآیند آماده کنیم. اهداف کلی عملیات آماده سازی عبارت ازحذف لیگنین و همی سلولز -که باعث ایجاد مشکلاتی در عدم دستیابی به سلولز در فرآیند هیدرولیز می‏شوند، کاهش درجه کریستالی ساختار سلولز و نیز افزایش تخلخل، و یا به‏عبارتی افزایش سطح در دسترس برای فرآیند هیدرولیز می‏باشند]۷[.
روش‏های بسیار متنوعی برای انجام عملیات آماده سازی موجود می‏باشد که عبارتند از]۸[:
 . روش‏های فیزیکی آماده‏سازی- روش‏های مکانیکی
 روش‏های فیزیکی- شیمیایی
 روش‏های شیمیایی
 . روش‏های آماده‏سازی بیولژیکی
لازم به ذکر است که در انتخاب هر یک از روش‏های بالا جهت آماده‏سازی می‏بایستی نکات زیر در نظر گرفته شود ]۸[ :
. روش انتخابی باید باعث افزایش تشکیل قند در فرایند هیدرولیز شود.
. از هدر رفتن و از بین رفتن هیدرات‏های کربن جلوگیری کند.
. از تشکیل محصولات جانبی و یا موادی که برای فرآیند هیدرولیز ممانعت حاصل می‏کنند جلوگیری نماید.
. مقرون به صرفه باشد.

روش‏های هیدرولیز پسماندهای سلولزی
به‏طور کلی سه روش برای هیدرولیز سلولز و تبدیل آن به اتانول در صنعت یافت می‏شود که عبارتند از: هیدرولیز اسیدی، هیدرولیز آنزیمی و فرایندهای ترمو شیمیایی که در ادامه به مزایا و معایب هر روش اشاره خواهد شد ]۹[.

هیدرولیز اسیدی سلولز
به‏طور کلی دو نمونه فرایند عمده برای هیدرولیز اسیدی موجود می‏باشد که یکی هیدرولیز توسط اسید ضعیف (اسید رقیق) دیگری هیدرولیز توسط اسید قوی (غلیظ) می باشد.
در روش هیدرولیز اسید ضعیف (عموماٌ اسید سولفوریک) پلیمرهای کربوهیدرات را به مونومرهای قند تبدیل می‏کنند. همی‏سلولز آمادگی هیدرولیز شدن توسط اسید ضعیف در شرایط عملیاتی آسان را دارد اما برای هیدرولیز سلولز توسط اسید رقیق نیاز به

 شرایط عملیاتی سخت‏تر یعنی دما و فشار بالاتر می‏باشیم، به‏همین دلیل در روش هیدرولیز توسط اسید ضعیف باید از شرایط عملیاتی حاد دما و فشار استفاده نمود. به‏طور معمول این روش از دماهای حدود ۱۶۰ درجه سانتی‏گراد و فشار حدود۱۰ اتمسفر بهره می‏برد و غلظت اسید نیز در محدوده ۵-۲ درصد می‏باشد ]۱۰[.
گفته می‏شود که راندمان بیشتر واحدهای هیدرولیز اسید ضعیف حدود ۵۰% می‏باشد. در فرایند استفاده از اسید قوی، فرایند از شرایط آسان‏تری استفاده می‏کند، به‏نحوی که دما در حد دمای متوسط می‏باشد و فشار عملیاتی نیز همان فشار تولید شده در جریان مایع است.
از جمله مزایای استفاده از اسید ضعیف این است که در این روش نیاز چندانی به بازیافت اسید نیست و اتلاف اسید نیز ناچیز می‏باشد. در مقابل، با توجه به غلظت کم اسید نیاز به‏شرایط عملیاتی سخت نظیر دما و فشار بالا می‏باشد و بدلیل اینکه بازده تبدیل سلولز به گلوکز پایین می‏باشد بازده تولید اتانول نیز پایین خواهد شد.
چنانچه از اسید قوی برای هیدرولز سلولز استفاده شود بازده تولید اتانول به مراتب بالاتر می‏باشد و نیز شرایط عملیاتی آسان‏تر خواهد بود اما در عوض نیاز به سیستمی برای بازیافت اسید می‏باشد و نیز اینکه باید از مواد مقاوم در برابر خوردگی برای دستگاه‏های فرایندی استفاده نمود ]۱۰[.
به‏طور کلی معایب استفاده از هیدرولیز اسیدی عبارتند از ]۱۱[:
 غیر انتخابی بودن واکنش های هیدرولیز
 بهره پایین 
 . تشکیل محصولات جانبی در حین عمل هیدرولیز
 . نیاز به شرایط دمای بالا
 . نیاز به خنثی سازی پس از فرایند
 مشکلات خوردگی اسید 

فرایند های ترمو شیمیایی
به‏طور عمده دو نمونه فرایند هیدرولیز توسط روش‏های ترمو-شیمیایی در فراورش سلولز و تبدیل آن به اتانول در صنعت موجود می‏باشد. در سیستم اول که در واقع یک روش هیبرید سیستم‏های ترموشیمیایی و بیولژیکی است، مواد اولیه سلولزی را توسط روش‏های ترمو شیمیایی تبدیل به گاز می‏نمایند و حباب‏های تولید شده گاز سنتز از داخل مایع موجود در تخمیر کننده مخصوصی که بدین منظور طراحی شده است عبود داده می‏شوند، سپس یک نمونه خاص میکروارگانیسم که قابلیت تبدیل گاز سنتز را داشته باشد به مجموعه اضافه می‏شود و تحت شرایط خاص فرایند مواد اولیه سلولزی را در طی عملیات تخمیر به اتانول تبدیل می‏نمایند ]۹[.
در روش دوم از میکروارگانیسم‏ها هیچ استفاده‏ای نمی‏شود و در این روش خوراک جامد توسط روش‏های ترموشیمیایی به گاز تبدیل می‏شود، سپس گاز تولید شده را از داخل یک راکتور با بستر کاتالیستی عبور می‏دهند. کاتالیست‏های موجود در این راکتور توانایی تبدیل گاز سنتز به اتانول را دارند و بدین وسیله اتانول به‏دست می‏آید. بازده فرایند تبدیل گاز سنتز به اتانول در حدود ۵۰% می‏باشد. البته در بعضی فرایندها که ابتدا متانول تولید می‏شود و سپس متانول تولیدی در طی واکنش‏های کاتالیستی به اتانول با بازده حدود ۸۰% تبدیل می‏شود ]۹[.
همانند سایر روش‏های هیدرولیز، مهم‏ترین چالش روش ترموشیمیایی اقتصادی کردن آن برای تولید اتانول است.

هیدرولیز آنزیمی سلولز
امروزه این روش توجه بسیاری را به خود جلب کرده است و اکثر تحقیقات اخیر بر روی فرایند تبدیل سلولز به اتانول بر روی این فرایند متمرکز شده است. با وجود تحقیقات بسیاری که برای طراحی آنزیم مورد نظر انجام شده است، اما باز هم قیمت تولید آنزیم‏ها همچنان در حد بالایی می‏باشد. یک دلیل اینکه هنوز هم پس از چند دهه تحقیق در این زمینه آنزیم‏هایی که استفاده می‏شوند سرعت واکنش پایینی دارند این است که همانگونه که قبلاٌ نیز گفته شد مواد لیگنو-سلولزی بدلیل ساختار فیزیکی نفوذ ناپذیر لیگنین و نیز ساختار کریستالی سلولز اجازه دسترسی آسان آنزیم‏ها به مولکول‏های سلولز را نمی‏دهند ]۳[.
چنانچه بتوان آنزیم‏های ارزان قیمتی در دسترس داشت فرایند هیدرولیز آنزیمی مزایای زیر را دارا می‏باشد ]۹و۱۱[:
بازده بالایی دارند و تولید محصولات جانبی آنها می‏تواند کنترل شود.
شرایط عملیاتی متوسط و راحت، نیاز به استفاده از مواد گرانقیمت برای ساخت دستگاه‏های فرایندی را مرتفع می سازد.
نیاز به مصرف انرژی پایینی دارند.
می‏توانند گزینشی عمل کنند.
به‏طور کلی فرایندهای هیدرولیز آنزیمی به دو دسته کلی تقسیم‏بندی می‏شوند:
۱- فرایندهایی که در آن مراحل هیدرولیز آنزیمی و تخمیر جدا از هم انجام می‏شوند، که به روش‏های SHF مشهور می باشند.
۲- فرایندهایی که مراحل تخمیر و هیدرولیز بطور همزمان انجام می‏شوند. به‏طور کلی دو نمونه از این فرایند موجود می‏باشد که عبارتند از:
۲-۱- انجام همزمان فرایندهای تبدیل به قند و تخمیر که به روش SSF معروف می‏باشد.
۲-۲- انجام همزمان فرایندهای تبدیل به قند و تخمیر برای هر دو جزء سلولز و همی سلولز که به روش SSCF شهرت دارد.
در طی فرایند SSCF در طی مرحله تبدیل به قند، سلولز به گلوکز تبدیل می‏شود و همی‏سلولز به زایلوز و آرابینوز (arabinose) تبدیل می‏شود و نیز در طی فرایند تخمیر، هر دو ماده گلوکز و زایلوز تخمیر می‏شوند و به اتانول تبدیل خواهند شد.

جمع بندی و نتیجه گیری
فرآیند آماده سازی مناسب
در بررسی‏هایی که بر روی مقالات و تحقیقات مختلف انجام شد دو فرایند مطرح برای این قسمت بدست آمد که عبارتند از روش انفجاری بخار و روش هیدرولیز اسید ضعیف. اگرچه در مقالات برای خوراک‏های مختلف روش‏های مختلفی پیشنهاد شده بود. ولی این دو روش مناسب‏تر از سایر روش‏ها شناخته شده است.
روش انفجاری بخار یکی از مناسب‏ترین و متداول‏ترین روش‏ها برای آماده‏سازی مواد سلولزی می‏باشد و دارای امتیازاتی به شرح زیر می‏باشد. راندمان این روش برای مواد مختلف با اندازه ریز مشابه می‏باشد ]۱۲[. این قابلیت، امکان فراورش مواد مختلف توسط فرایند بخار را فراهم می‏آورد. لازم به ذکر است که این فرایند انعطاف پذیر بوده و امکان فراورش با بهره‏گرفتن از مواد مختلف کمک‏کننده فرایند نظیر اسید، باز، اکسیژن و سایر اکسید کننده‏ها در حین فرایند و یا اضافه نمودن مواد قبل از انجام پخت با بخار را داراست. همچنین این روش تا حد زیادی رایج می‏باشد و طراحی‏های بسیار و تحقیقات بسیار بر روی این روش انجام شده است و بهینه‏سازی‏های مختلفی برای خوراک‏های متفاوت سلولزی ارائه شده است. زمان فراورش این روش بدلیل استفاده از شرایط دما و فشار بالا در حدی است که می‏توان در صورت لزوم (نیاز به فراورش خوراک زیاد) این فرایند را به صورت پیوسته انجام داد. با این وجود این روش دارای معایبی نظیر تولید محصولات ناخواسته جانبی می‏باشد که باعث اخلال در فرایند پایین دست (تخمیر) خواهد شد. علاوه بر آن، استفاده از شرایط دما و فشار بالا ملاحظات خاص خود را دارد.
در بررسی‏هایی که در مقالات مختلف انجام شد روش هیدرولیز اسید رقیق بعنوان جایگزین مناسبی برای روش انفجاری بخار مطرح شده است، اگرچه بعضی از محققان بیان می‏کنند که روش انفجاری بخار ارزان‏تر از روش هیدرولیز اسید ضعیف می‏باشد، با این وجود NREL ادعا می‏کند که در کل روش هیدرولیز اسید رقیق مناسب‏تر و اقتصادی‏تر می‏باشد ]۱۳[. NREL در تحقیقی که دور نمای اقتصادی ۲۰ سال آینده فرایندهای تبدیل سلولز به اتانول را ترسیم کرده است، فرایند هیدرولیز اسید ضعیف را مناسب‏تر از سایر روش‏های آماده‏سازی می‏داند]۱۴[. بنابراین با توجه به تجربیات حاصل از مطالعه متون مختلف، این روش به‏عنوان یک رقیب بسیار جدی برای روش انفجاری بخار مورد قبول می‏باشد به‏نحوی که مسیر پیشرفت روزافزون را می‏پیماید و دورنمای بهتری را نسبت به سایر روش‏های آماده‏سازی داراست.

فرآیند مناسب برای هیدرولیز
اگرچه روش‏های بسیار متنوعی برای تبدیل مواد سلولزی به‏اتانول وجود دارد اما روش هیدرولیز آنزیمی این پتانسیل را دارد که اتانول تولید شده از مواد تجدید پذیر حیات در این فرایند را هنگامی که در مقیاس وسیع تولید شود، قابل مقایسه با سایر سوخت‏های مایع سازد ]۱۵[. ما بین سه روش مختلف هیدرولیز آنزیمی ذکر شده در بخش قبل گفته می‏شود روش‏های SSF و SSCF به‏دلیل انجام همزمان فرایند تخمیر و هیدرولیز در یک تانک با توجه به کاهش هزینه اولیه دستگاه‏ها و کاهش میزان هدر رفتن قند تولیدی در زمان فرایند، مناسب‏تر است ]۱۶[.
همانگونه که قبلاً نیز بیان شد، روش هیدرولیز آنزیمی از جمله روش‏هایی است که پتانسیل بسیاری را برای تبدیل اقتصادی سلولز به اتانول دارد. امروزه با پیشرفت‏هایی که از لحاظ فنی در طراحی آنزیم‏ها انجام شده است و پایین آمدن قیمت آنزیم‏ها، دور نمای بسیار مناسبی را در عرضه اقتصادی اتانول از مواد تجدیدپذیر حیات ایجاد کرده است. همانطور که پیشتر هم ذکر شد روش‏های بسیاری برای تولید اتانول از مواد لیگنوسلولزی موجود می‏باشد. اما با مروری بر مطالعات انجام شده در این زمینه، پر واضح است که استفاده از روش هیدرولیز اسید ضعیف به‏عنوان روش آماده‏سازی و انجام همزمان فرایندهای هیدرولیز آنزیمی و تخمیر مناسب‏ترین فرایند جهت تولید اتانول از پسماندهای سلولزی می‏باشد.
خوشبختانه به منظور بهره‏گیری از توان اقتصادی، علمی و پژوهشی کشور کنسرسیوم تحقیقاتی تشکیل شده که گروه‏های مختلف اقتصادی و پژوهشی اعضای آن هستند. تیم اقتصادی کنسرسیوم متشکل از دفتر تحقیقات اساسی بخش‏های صنعت و معدن وزارت صنایع و معادن و شرکت کشت و صنعت کارون بوده که حامیان مالی و متقاضی نتایج طرح می‏باشند. تیم اجرایی کنسرسیوم متشکل از مرکز تحقیقات مهندسی فارس به‏عنوان مدیر کنسرسیوم و مجری پروژه در مقیاس نیمه‏صنعتی، پژوهشکده بیوتکنولوژی سازمان پژوهش‏های علمی صنعتی ایران مجری طرح در مقیاس آزمایشگاهی، مرکز تحقیقات مهندسی فرآیند دانشگاه علم و صنعت ایران طرح فرایند، دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف طراح مکانیکی و دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز دانشگاه شیراز طرح سیستم کنترل می باشد. اما با توجه به سند چشم انداز۲۰ ساله و ظرفیت کشور در تولید اتانول به‏عنوان سوختی جایگزین برای سوخت‏های فسیلی از مواد دور ریختنی نظیر کاغذ، الیاف ذرت، براده‏های چوب، نی و ساقه برنج و موادی نظیر آن‏ها نیاز به سرمایه‏گزاری بیشتر در این زمینه بدیهی است.

منابع
 
۱٫ Chot?borská P., B. Palmarola-Adrados, M. Galbe, G. Zacchi, K. Melzoch ,M. Rychtera, “Processing of wheat bran to sugar solution”, J. of Food Eng., 61, pp. 561-565, 2004.
۲٫ Wooley R., M. Ruth, J. Sheehan, K. Ibsen, “Lignocellulosic biomass to ethanol process design and economics utilizing co-current dilute acid prehydrolysis and enzymatic hydrolysis current and future scenarios”, National Renewable Energy Laboratory, Biotechnology Center For Fuels and Chemicals, Technical Report, Golden, CO, USA, 1999.
۳٫ Knauf M., M. Moniruzzaman, “Lignocellulosic biomass processing: A perspective”, Int. Sugar J., 106, No. 1263, pp.147-150, 2004.
۴٫ Clark A.J., “Biodegradation of cellulose: Enzymeology and Biothechnology”, Technomic Publishing Co., Lanchester, 1997.
۵٫ Imai M., K. Ikari, I. Suzuki, “High performance hydrolysis of cellulose using mixed cellulose species and ultrasonication pretreatment”, Biochemical Eng. J., 17, pp. 79-83, 2004.
۶٫ Moseir N., C. Wyman, B. Dale, R. Elander, Y.Y. Lee, M. Holtzapple and M. Ladisch, “Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass”, Bioresource Technology, 96, pp. 673-686, 2005.
۷٫ McMillan J.D., “Pretreatment of lignocellulosic biomass” In: M.E. Himmel, J.O. Baker, R.P. Overend (Eds.), Enzymatic Conversion of Biomass for Fuels Production, American Chemical Society, Washington, DC, pp. 292-324, 1994.
۸٫ Sun Y., J. Cheng, “Hydrolysis of lignocellulosic material for ethanol production: a review”, Bioresource Technology, 83, pp. 1-11, 2002.
۹٫ Badger P.C., “Ethanol from cellulose: A general review”, Reprinted from: Trends in new crops and new uses, J. Janick, A. Whipkey (Eds.), ASHS Press, Alexandria, VA, 2002.
۱۰٫ Iranmahboob J., F. Nadim, S. Monemi, “Optimizing acid-hydrolysis: a critical step for production of ethanol from mixed wood chips”, Biomass and Bioenergy, 22, pp. 401-404, 2002.
۱۱٫ Jakobsson E.L., “Optimization of the pretreatment of wheat straw for production of bioethanol”, Department of Chemical Engineering, Lund University, Sweeden, 2003.
۱۲٫ Foody B., J. S. Tolan, J. D. Bernstein, ” Pretreatment process for conversion of cellulose to fuel ethanol”, US. Patent No. 5916780, 1999.
۱۳٫ http://www.nrel.gov
۱۴٫ Technical and Economic Feasibility Assessment, http://www.eere.energy.gov/biomass/
۱۵٫ Wyman C.E., “Biomass ethanol: technical progress, opportunities and commercial challenges”, Annual Review of Energy and the Environment, 24, pp. 189-226, 1999.
۱۶٫ Wright J.D., “Ethanol from lignocellulosics: an overview”, Energy Progress, 84, Vol. 8, pp. 71-80, 1988

درباره mahanchemical.co

مهندس شیمی پانزده سال تدریس شیمی تولید کننده مواد شیمیایی در قم متولد تیر چهل وسه

پاسخ بدهید