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Biocombustibles: Producción etanol a partir de Material celulósico

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Los biocombustibles son combustibles que se derivan de la materia biológica, como las plantas. Biocombustibles sirven como una alternativa a los combustibles fósiles, como puede ser origen de cultivos en muchas partes del mundo. Además, ellos están limpiador quemando, reduciendo así las emisiones de gases de efecto invernadero.

Uno de los biocombustibles más utilizados es el etanol derivado de biomasa vegetal, generalmente caña de azúcar y maíz. En los Estados Unidos, la mayoría de biocombustibles etanol es producida a base de maíz.

El uso de maíz como materia prima es polémica, como los cultivos maíz es energía intensiva a crecer, utiliza una gran cantidad de fertilizantes y su uso como materia prima elimina una gran cantidad de maíz de la alimentación, especialmente la alimentación para el ganado. Como resultado, está aumentando el uso de otros materiales vegetales, o de materiales lignocelulósicos, como hierba, hojas, papel y partes no comestibles de los cultivos.

Este video se abarcan los conceptos básicos de derivados de material lignocelulósico a etanol y demostrar la producción de etanol de materias primas lignocelulósicas en el laboratorio.

Biomasa lignocelulósica se refiere al asunto con madera las paredes celulares de la planta. Este tipo de materia vegetal es una de las materias primas más abundantes disponibles, ya que con frecuencia es un producto de desecho de la agricultura y la fabricación.

Las paredes celulares se componen de la altamente reticulado polímero lignina y carbohidratos complejos dos, hemicelulosa y celulosa. La celulosa es la principal fuente de azúcares fermentables, como la glucosa, pero debe ser primero separado de los componentes de la lignina y la hemicelulosa.

El primer paso en el procesamiento de materiales lignocelulósicos es triturar finamente la materia de la planta seca en un polvo. La materia prima de la tierra entonces somete a un tratamiento previo para romper la barrera de hemicelulosa y lignina en la pared celular y permiten el acceso a la celulosa.

A continuación, la celulosa se trata con enzimas hidrolíticas, como la celulasa y hemicelulasa. La hidrólisis enzimática descompone la celulosa en glucosa. Finalmente, la glucosa es fermentada con levadura para producir etanol.

El siguiente experimento demuestra este método paso a paso de producir etanol a partir de biomasa celulósica a través de la eliminación de la lignina y la hemicelulosa, seguido por el tratamiento enzimático de la celulosa y la fermentación de la glucosa para producir etanol.

En este experimento, se producirán etanol de rastrojo de maíz, las hojas y tallos de las plantas de maíz. Usando una amoladora del molino de bola, moler la materia prima en un polvo fino y asegurar que no hay piezas de grandes tamaño.

Pesar 1 g de materia prima, lo coloca en un tubo de centrífuga de 50 mL y etiquetarla. Un segundo tubo de la muestra de control de la etiqueta y no añadir ninguna materia prima. Pretratar las muestras, configurar un vaso de precipitados de 500 mL con aproximadamente 400 mL de agua, y darle un hervor.

Añadir 25 mL de agua destilada a los tubos de centrífuga preparado dos y les tapa libremente. Agitar los tubos para mezclar. Colocar los tubos en agua hirviendo y asegurar que el agua del baño no fugas en los tubos. Que puedan hervir durante 30 minutos, luego retire y deje que enfríe a temperatura ambiente.

Una vez que los tubos se han enfriado, añadir 1 mL de enzima celulasa a ambos tubos. Colocar los tubos en una incubadora durante 24 h. Después de 24 horas, retirar los tubos y déjelos enfriar a temperatura ambiente. Etanol se produce del material celulósico digerido a través de la fermentación por la levadura. Para comenzar este proceso, añadir 1 g de levadura activa a cada uno de los tubos de la centrífuga y agitar para mezclar.

Coloque una bolsa de aire en los tubos de la centrífuga. La esclusa permite que el dióxido de carbono que se genera durante la fermentación para escapar por lo que la presión no se acumulan en el tubo. Colocar los tubos de centrífuga en un estante y coloque en una incubadora a 37 ° C. Una vez completada la fermentación, utiliza un sensor de etanol para medir la concentración de etanol en los tubos de muestra y control.

Para hacer biocombustibles una fuente de energía competitiva, algunas cuestiones sobre la estructura y el rendimiento de las materias primas deben ser contestadas.

Es importante entender la distribución de la lignina en plantas diferentes, por lo que su eliminación puede ser realizada eficientemente. En este ejemplo, se analizó la distribución de lignina en las paredes celulares por cortar capas delgadas de un tallo de la planta. Las rodajas fueron luego reflejadas usando microscopia confocal con luz de láser de 532 nm para crear imágenes tridimensionales de la espiga de la planta.

Contenido de lignina se determinó usando la espectroscopia de Raman. Al combinar las imágenes confocales y los espectros de Raman, se generó un mapa tridimensional de la distribución de la lignina.

Para maximizar la cantidad de bioetanol derivado de materias primas de la planta, deben compararse con los tipos de materias primas. En este ejemplo, etanol fue producido a partir de cartón y en comparación con rastrojo del maíz. La cartulina fue preparada como se indica anteriormente, donde el cartón del suelo fue sometido a tratamiento previo, seguido por digestión enzimática para separar la lignina y la hemicelulosa del material y descomponen la celulosa en glucosa. La glucosa extraída luego fue fermentada con levaduras para producir etanol. Cartulina resultó para ser una materia prima superior a rastrojo de maíz, como los que producen más del doble la concentración de etanol en la solución.

En los Estados Unidos, la mayoría de bioetanol se produce a base de maíz. Mientras que la producción de etanol de maíz es energía intensiva, es menos compleja que la producción de etanol de biomasa celulósica.

Con el fin de la transición de las materias primas maíz, el rendimiento de biomasa celulósica debe ser mejor que la de maíz. En este ejemplo, la harina de maíz y maíz rastrojo fueron comparados utilizando el mismo procedimiento como se muestra anteriormente.

Harina de maíz produce una mayor concentración de etanol que el rastrojo de maíz, mostrando que el maíz es una materia prima un poco mejor que los tallos de maíz se. Sin embargo, tallos de maíz y otras materias primas celulósicas, son más abundantes y de bajo costo y puede proporcionar una alternativa viable.

Sólo ha visto introducción de Zeus a los biocombustibles. Ahora debería entender la producción de etanol a partir de materias primas de la planta y los retos asociados con el proceso. ¡Gracias por ver!

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