Biokraftstoffe: Herstellung von Ethanol aus Zellulose-Material

Biokraftstoffe sind Brennstoffe, die aus biologischer Materie, wie zum Beispiel Pflanzen stammen. Biokraftstoffe dienen als Alternative zu fossilen Brennstoffen, wie sie aus Kulturen in vielen Teilen der Welt bezogen werden können. Darüber hinaus sind sie Reiniger brennen, damit die Treibhausgasemissionen zu verringern.

Eines der am häufigsten verwendeten Biokraftstoffe ist Ethanol aus pflanzlicher Biomasse, in der Regel Zuckerrohr und Mais abgeleitet. In den USA wird die Mehrheit der Biokraftstoff Ethanol aus Mais hergestellt.

Die Verwendung von Mais zu ernten, als Ausgangsmaterial umstritten, wie ist Mais ist energieintensiv zu wachsen, verwendet eine große Menge an Dünger und seine Verwendung als Rohstoff die Versorgung mit Lebensmitteln, eine große Menge an Mais entzieht vor allem Futtermittel für das Vieh. Infolgedessen steigt die Verwendung von anderen pflanzlichen Stoffen oder Lignocellulose Materialien, wie Rasen, Laub, Papier und nicht essbare Teile von Pflanzen.

Dieses Video wird umfassen die Grundlagen von Ethanol aus Lignocellulose Material ableiten, und zeigen die Herstellung von Ethanol aus Lignocellulose Rohstoffe im Labor.

Lignocellulose Biomasse bezieht sich um Pflanzen mit holzigen Zellwände. Diese Art von Pflanzenmaterial ist eines der am häufigsten vorkommende Rohstoffe zur Verfügung, wie es häufig ein Abfallprodukt der Landwirtschaft und Industrie ist.

Die Zellwände bestehen aus hoch vernetzte Polymer Lignin und zwei komplexe Kohlenhydrate, Hemicellulose und Cellulose. Cellulose ist die primäre Quelle von vergärbaren Zucker wie Glukose, aber es muss zuerst von Lignin und Hemicellulose Komponenten getrennt werden.

Der erste Schritt bei der Verarbeitung des Werkstoffes Lignocellulose soll fein die trockene Pflanzenteile zu einem Pulver zermahlen. Der Boden-Feedstock durchläuft dann Vorbehandlung zu brechen das Lignin und Hemicellulose Barriere in der Zellwand, und ermöglichen den Zugriff auf die Zellulose.

Als nächstes wird die Zellulose mit hydrolytischen Enzymen, wie z. B. Cellulasen und Hemicellulasen behandelt. Die enzymatische Hydrolyse bricht Zellulose in Glukose. Zu guter Letzt wird die Glukose mit Hefe zu Ethanol zu produzieren fermentiert.

Das folgende Experiment veranschaulicht diese schrittweisen Verfahren zur Herstellung von Ethanol aus Zellulose-Biomasse durch die Beseitigung von Lignin und Hemicellulose, gefolgt von der enzymatischen Behandlung von Cellulose und die Vergärung von Glucose zu Ethanol zu produzieren.

In diesem Experiment wird Ethanol aus Mais Stover, Blätter und Stiele produziert werden von Maispflanzen. Mit einer Kugel-Mühle-Mühle, zermahlen Sie das Rohmaterial zu einem feinen Pulver und sicherzustellen Sie, dass keine großen Stücke bleiben.

Wiegen Sie 1 g Rohstoff, legen Sie es in ein 50 mL Zentrifugenröhrchen, und beschriften Sie sie. Beschriften eine zweiten Röhre als Kontrollprobe, und fügen Sie jedem Rohstoff. Vorbehandeln der Proben, richten Sie eine 500-mL-Becherglas mit etwa 400 mL Wasser und bringen Sie es zu einem zärtlichen Furunkel.

Die beiden vorbereiteten Zentrifuge Rohre 25 mL destilliertes Wasser hinzu und verschließen sie locker. Schwenken Sie die Rohre zu mischen. Legen Sie die Rohre in das kochende Wasser, und stellen Sie sicher, dass das Wasser aus der Wanne in die Röhren nicht leckt. Lassen sie kochen für 30 min, dann zu entfernen und lassen sie kühle Raumtemperatur.

Sobald Sie die Röhren abgekühlt haben, fügen Sie 1 mL Enzym Cellulase beide Röhren hinzu. Legen Sie die Rohre in einem Inkubator für 24 h. Nach 24 h die Rohre zu entfernen und auf Raumtemperatur abkühlen lassen. Ethanol wird aus dem verdauten Zellulose Material durch Gärung von Hefe hergestellt. Um diesen Prozess zu beginnen, jedes der Zentrifuge Rohre 1 g aktive Hefe hinzu, und wirbeln um zu mischen.

Legen Sie eine Luftschleuse auf der Zentrifuge Röhren. Die Schleuse ermöglicht das Kohlendioxid, das generiert wird, während der Gärung zu entkommen, so dass Druck im Rohr nicht aufbauen wird. Die Zentrifuge Rohre in einem Rack Platz und Platz in einem Inkubator bei 37 ° C. Sobald die Gärung abgeschlossen ist, verwenden Sie einen Ethanol-Sensor zur Messung der Ethanolkonzentration in den Kontroll- und Probe Röhren.

Um Biokraftstoffe eine wettbewerbsfähige Energiequelle zu machen, müssen bestimmte Fragen über die Struktur und Leistung der Rohstoffe beantwortet werden.

Es ist wichtig zu verstehen, die Verteilung von Lignin in verschiedenen Pflanzen, so dass seine Entfernung effizient durchgeführt werden kann. In diesem Beispiel wurde die Verteilung von Lignin in pflanzlichen Zellwänden durch Schneiden von dünnen Schichten aus einem Pflanzenstängel analysiert. Die Scheiben wurden dann abgebildet mit konfokalen Mikroskopie mit 532 nm Laser-Licht um dreidimensionale Bilder der Pflanzenstängel erstellen.

Ligningehalt wurde unter Verwendung von Raman-Spektroskopie bestimmt. Durch die Kombination der konfokalen Bilder und die Raman-Spektren, wurde eine dreidimensionale Karte des Lignins Verteilung generiert.

Um die Menge an Bioethanol abgeleitet aus pflanzlichen Rohstoffen zu maximieren, müssen die Art der Rohstoffe verglichen werden. In diesem Beispiel Ethanol aus Pappe hergestellt wurde, und im Vergleich zu Mais Stover. Der Karton war vorbereitet, wie zuvor gezeigt, wo der Boden Pappe Vorbehandlung, ausgesetzt war gefolgt von enzymatischen Verdauung um Lignin und Hemicellulose aus dem Material zu trennen und die Zellulose zu Glukose abgebaut. Die extrahierte Glukose war dann fermentiert, mit Hefe, Ethanol zu produzieren. Pappe erwies sich als überlegene Einsatzstoff, Mais Stover, denn es wird mehr als das doppelte die Konzentration von Ethanol in Lösung hergestellt.

In den Vereinigten Staaten wird die überwiegende Mehrheit der Bioethanol aus Mais hergestellt. Während die Produktion von Ethanol aus Mais energieintensiv ist, ist es weniger komplex als die Produktion von Ethanol aus Zellulose-Biomasse.

Um den Übergang weg von Mais Rohstoffe, muss die Ausbeute aus zellulosehaltigen Biomasse besser als die von Mais sein. In diesem Beispiel, Maismehl und Mais Stover wurden verglichen mit dem gleichen Verfahren wie zuvor gezeigt.

Maismehl produziert eine höhere Konzentration von Ethanol als Mais Stover, zeigen, dass Mais etwas bessere Rohstoff als Maisstroh selbst ist. Allerdings Maisstroh und anderen zellulosehaltigen Ausgangsmaterialien sind reichlich und preiswert und kann eine echte Alternative bieten.

Sie habe nur Jupiters Einführung in Biokraftstoffe beobachtet. Sie sollten nun die Produktion von Ethanol aus pflanzlichen Rohstoffen und die Herausforderungen im Zusammenhang mit dem Prozess verstehen. Danke fürs Zuschauen!