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Biocarburants : Production d’éthanol à partir de matières cellulosiques

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Les biocarburants sont des carburants dérivés de matières biologiques, comme les plantes. Biocarburants servent d’alternative aux combustibles fossiles, comme elles peuvent provenir de cultures dans de nombreuses régions du monde. En outre, ils nettoyant brûlent, réduisant ainsi les émissions de gaz à effet de serre.

L’un des biocarburants plus largement utilisés est l’éthanol dérivé de la biomasse végétale, en général la canne à sucre et du maïs. Aux États-Unis, la majorité des biocarburant éthanol est produite à partir de maïs.

L’utilisation du maïs cultures comme une matière première est controversée, comme maïs est énergivore à croître, utilise une grande quantité d’engrais et de son utilisation comme matière première supprime une grande quantité de maïs de l’approvisionnement alimentaire, surtout alimentation pour le bétail. En conséquence, l’utilisation d’autres matières végétales, ou des matériaux lignocellulosiques, tels que l’herbe, les feuilles, le papier et les parties non comestibles des récoltes est en augmentation.

Cette vidéo va couvrir les bases de la dérivation de l’éthanol de matière lignocellulosique et démontrer la production d’éthanol à partir de matières premières lignocellulosiques en laboratoire.

La biomasse lignocellulosique fait référence aux matières ligneuses des parois cellulaires des plantes. Ce type de matière végétale est l’une des plus abondantes matières premières disponibles, comme c’est souvent un produit des déchets de l’agriculture et de la fabrication.

Les parois des cellules sont composées de l’hémicellulose polymère lignine et deux hydrates de carbone complexes, hautement réticulé et de cellulose. Cellulose est la principale source de sucres fermentescibles, comme le glucose, mais il doit être tout d’abord séparé des lignine et hémicellulose composants.

La première étape de transformation de la matière lignocellulosique est de broyer finement la matière végétale sèche en poudre. La matière première au sol subit ensuite un prétraitement pour rompre les barrières de la lignine et hémicellulose dans la paroi cellulaire et permettre l’accès à la cellulose.

Ensuite, la cellulose est traitée avec des enzymes hydrolytiques, tels que la cellulase et hémicellulase. L’hydrolyse enzymatique rompt la cellulose en glucose. Enfin, le glucose est fermenté avec de la levure pour produire de l’éthanol.

L’expérience suivante illustre cette méthode par étapes de production d’éthanol à partir de la biomasse par la suppression de la lignine et d’hémicellulose, suivi par le traitement enzymatique de la cellulose et la fermentation du glucose pour produire de l’éthanol cellulosique.

Dans cette expérience, l’éthanol est produite à partir des résidus de maïs, les feuilles et les tiges de plants de maïs. À l’aide d’une meule de moulin de boule, broyer les matières premières en poudre fine et faire en sorte qu’aucun gros morceaux ne reste.

Peser 1 g de matières premières, placez-le dans un tube à centrifuger de 50 mL et l’étiquette. Étiqueter un deuxième tube comme témoin et ne pas ajouter de toute matière première. Pour pré-traiter les échantillons, mis en place un bécher de 500 mL avec environ 400 mL d’eau et amener à ébullition douce.

Ajouter 25 mL d’eau distillée pour les deux tubes de centrifugeuse préparés et leur cap sans serrer. Agiter les tubes à mélanger. Placer les tubes dans l’eau bouillante et faire en sorte que l’eau du bain ne fuit pas dans les tubes. Laissez-les bouillir pendant 30 min, puis retirer et laisser refroidir à température ambiante.

Une fois que les tubes ont refroidi, ajouter 1 mL d’enzyme cellulase dans les deux tubes. Placer les tubes dans un incubateur pendant 24 h. Après 24h, retirer les tubes et laissez-les refroidir à température ambiante. Éthanol est issu de la matière cellulosique digérée par fermentation par la levure. Pour commencer ce processus, ajoutez 1 g de levure active à chacun des tubes de centrifugeuse et agiter pour mélanger.

Placer un bouchon d’air sur les tubes à centrifuger. Le SAS permet le dioxyde de carbone qui est généré lors de la fermentation de s’échapper alors que la pression ne monte pas dans le tube. Placer les tubes de centrifugeuse dans un rack et placer dans un incubateur à 37 ° C. Une fois la fermentation terminée, utilisez une sonde éthanol pour mesurer la concentration d’éthanol dans les tubes de contrôle et d’échantillonnage.

Pour faire des biocarburants une source d’énergie compétitive, certaines questions concernant la structure et la performance des matières premières il faut répondre.

Il est important de comprendre la répartition de la lignine dans diverses plantes, donc sa suppression peut être réalisée efficacement. Dans cet exemple, la distribution de lignine dans les parois cellulaires des plantes a été analysée par tranchage des couches minces d’une tige de la plante. Les fines tranches ont été projetés puis à l’aide de la microscopie confocale à 532 nm laser pour créer des images en trois dimensions de la tige de la plante.

Teneur en lignine a été déterminée à l’aide de la spectroscopie Raman. En combinant les images confocales et les spectres Raman, une carte tridimensionnelle de la distribution de la lignine a été générée.

Afin de maximiser la quantité de bioéthanol dérivé de matières premières végétales, les types de matières premières doivent être comparées. Dans cet exemple, l’éthanol a été produit à partir de carton et par rapport aux canne de maïs. Le carton a été préparé comme indiqué précédemment, où le carton au sol a été soumis à un prétraitement, suivie d’une digestion enzymatique afin de séparer le matériel de la lignine et hémicellulose et de décomposer la cellulose en glucose. Le glucose extrait a été ensuite fermenté avec des levures pour produire de l’éthanol. Carton a été une charge supérieure à la canne de maïs, car il produit plus de deux fois la concentration d’éthanol dans la solution.

Aux Etats-Unis, la grande majorité de bioéthanol est produite à partir de maïs. La production d’éthanol de maïs est énergivore, mais il est moins complexe que la production d’éthanol à partir de la biomasse cellulosique.

Pour la transition de matières premières de maïs, le rendement de la biomasse cellulosique doit être meilleur que celle du maïs. Dans cet exemple, semoule de maïs et maïs fourrage ont été comparées en utilisant la même procédure comme indiqué précédemment.

Semoule de maïs produit une plus forte concentration d’éthanol de canne de maïs, montrant que le maïs est une charge un peu mieux que les tiges de maïs eux-mêmes. Cependant, les tiges de maïs et d’autres matières premières cellulosiques, sont plus abondants et bon marché et pourrait constituer une alternative viable.

Vous avez juste regardé Introduction de JoVE aux biocarburants. Vous devez maintenant comprendre la production d’éthanol à partir de matières premières végétales et les défis associés au processus. Merci de regarder !

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