Sản xuất ethanol từ cellulose
ethanol được pha lẫn với xăng để sản xuất xăng ethanol, là một loại xăng sinh học, có nhiều ưu điểm...
Nội dung
1. Mở đầu
2. Nguyên liệu cellulose và enzyme cellulase
3. Phương pháp sản xuất ethanol sinh học
4. Kết luận
1. Mở đầu
- ethanol được pha lẫn với xăng để sản xuất xăng
ethanol, là một loại xăng sinh học, có những ưu điểm
sau:
+ thay thế cho nhiên liệu hóa thạch có giá ngày càng
cao và đang bị cạn kiệt
+ giảm phát thải khí nhà kính
+ có khả năng tái tạo.
- sản xuất ethanol từ các vật liệu chứa cellulose đang
được nhiều quốc gia ưu tiên phát triển.
CELLULOSE
mắt xích β-D-Glucose
(C6H10O5)n hay
[C6H7O2(OH)3]n
liên kết với nhau bằng liên
kết (1β - 4) glucozid thay
nhau
1 "sấp" và 1 "ngửa"
cấu trúc dạng mạch thẳng
liên kết hydro
cấu trúc màng cellulose
Độ bền cơ học cao
Không có nhiệt độ nóng
chảy
không tan trong nước và các
dung môi hữu cơ thông
thường.
Tan trong một số dung dịch
acid vô cơ mạnh như: HCl,
HNO3,... một số dung dịch
muối: ZnCl2, PbCl2,...
Cellulase
- Là một nhóm enzyme xúc tác
cho phản ứng phân hủy
cellulose (thủy phân cellulose)
- Phản ứng: thủy phân liên kết
1,4- beta- D glucozit trong
cellulose, lichein, và ngũ cốc.
Phân loại
Cellulase được chia thành 5
loại dựa vào phản ứng mà nó
xúc tác:
+ endo-cellulase:
+ exo-cellulase:
+ cellobiase hoặc β-
glucosidase
+ oxidative cellulase:
+ cellulose phosphorylase
Nguồn thu nhận
Nguồn tổng hợp: chủ yếu từ vi sinh vật
Trùng roi Trichonympha cộng sinh trong ruột mối
Ruminococcus trong dạ cỏ động vật nhai lại
các chủng nấm : trichoderma viride, Sporotrichum
P.ruinosum, penicillium pusillum, Aspergillus fumigatus…
(chèn ảnh minh họa)
Phương pháp điều chế
ethanol sinh học
Sử dụng quá
trình đường
phân và lên
men:
Đường phân:
sử dụng
enzyme
cellulase để
chuyển hóa
cellulose
thành glucose
Lên men: sử
dụng các vi
sinh vật để
chuyển hóa
Tiền xử lý nguyên liệu
Vật liệu chứa cellulose như rơm,
rạ, trấu… được tiền xử lý để loại
lignin.
phải loại bỏ lignin vì lignin hoạt
động như một chất ức chế, nó hút bám
và làm bất hoạt enzyme cellulase.
Lignin được xử lý bằng dung dich
acid sulfuric đậm đặc hoặc được đun
sôi với muối kiềm natri cacbonat
hoặc natri sulfit.
Vật liệu sau tiền xử lý sẽ được
mang đi tiến hành đường phân
Quá trình đường phân
Vật liệu sau tiền xử lý được trộn lẫn
với dung dịch có chứa phức hệ enzyme
cellulase
pH từ 3 đến 5
Nhiệt độ 34 đến 38 độ C
Sơ đồ quá trình đường phân:
Trong đó
phức hệ C1: làm cellulose bị hấp thụ
nước (hydrat hóa) trương lên và chuẩn bị
cho sự tác động của các enzyme khác
phức hệ Cx : gồm nhiều thành phần
enzyme khác nhau, có 2 loại chính là
exobeta 1,4 glucanase và endobeta1,4
glucanase. Phức hệ enzyme này chuyển hóa
cellulose thành cellobiose
Beta glucosidase : thủy phân
cellobiose thành glucose.
Quá trình lên men
Thực hiên trong quá trình yếm khí
Chủng Nấm men : Saccharomyces cerevisiase
Nhiệt độ : 32 đến 38 độ C
pH : 4 - 6
Chưng cất
Vì rượu có nhiệt độ sôi nhỏ hơn nước
nên khi chưng cất thì rượu sẽ bay hơi
trước
Mô hình minh họa
Kết luận
Nhược điểm của xăng ethanol:
giá thành cao do chi phí sản xuất
enzyme cellulase còn cao
hiệu suất thấp.
Với sự phát triển của khoa học hiện
đại thì những nhược điểm trên có thể
khắc phục được
Lợi ích đem lại về mặt môi trường và
kinh tế từ việc sản xuất ethanol từ vật
liệu cellulose là rất lớn.
Tài liệu tham khảo
Dewey D.Y. Ryu, Mary Mandels; Cellulases: Biosynthesis and applications; April 1980,
Volume 2, Issue 2; Pages 91-102; Enzyme and Microbial Technology
Nicole Lark, Youkun Xia, Ifcheng- Guo Qin, C. S. Gong and G. T. Tsao; Production of
ethanol from recycled paper sludge using cellulase and yeast, Kluveromyces Marxianus; 1997;
Vol. 12, No. 2, pages 135-143; Biomass and Bioenergy
Atsushi Kotaka,Hiroki Bando,Masahiko Kaya,Michiko Kato-Murai,Kouichi Kuroda,Hiroshi
Sahara,Yoji Hata,Akihiko Kondo,and Mitsuyoshi Ueda; Direct Ethanol Production from
Barley β-Glucan by Sake Yeast Displaying Aspergillus Oryzae β-Glucosidase and
Endoglucanase: 2008; Vol. 105, No. 6, pages 622–627; Journal of bioscience and
bioengineering.
G. Morales Vela, N. Molinero-Rosales, J.A. Ocampo and J.M. García Garrido ;
Endocellulase activity is associated with arbuscular mycorrhizal
spread in pea symbiotic mutants but not with its ethylene content in root; 2007 ;
Volume 39, Issue 3, Pages 786-792. Soil Biology and Biochemistry;
S. Prasad, Anoop Singh, H.C. Joshi;
Ethanol as an alternative fuel from agricultural, industrial and urban residues; 2007; Volume
50, Issue 1, Pages 1-39; Resources, Conservation and Recycling
Janusz Szczodrak, Jan Fiedurek; Technology for conversion of lignocellulosic
biomass to ethanol; 1996; Volume 10, Issues 56, Pages 367375;
Biomass and Bioenergy
Charles E. Wyman; Ethanol from lignocellulosic
biomass: Technology, economics, and opportunities; 1994; Volume 50, Issue 1, Pages 3-15;
Bioresource Technology.
Shih Yow Huang, Jyn Chern Chen; Ethanol production in simultaneous saccharification
and fermentation of cellulose with temperature profiling; 1988; Volume 66, Issue 5, Pages
509-516; Journal of Fermentation Technology.
Trần Thạnh Phong, Hoàng Quốc Khánh, Võ Thị Hạnh, Lê Bích Phượng,Nguyễn Duy Long,
Lê Tấn Hưng, Trương Thị Hồng Vân ; THU NHẬN ENZYME CELLULASE CỦA
TRICHODERMA REESEI TRÊN MÔI TRƯỜNG BÁN RẮN ; 2007 ; SỐ 07, TẬP 10; TẠP
CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN.
Lê Ngọc Tú, La Văn Chứ, Đặng Thị Thu, Nguyễn Thị Thịnh, Bùi Đúc Hợi, Lê Doãn Diên,
2005; Hóa sinh công nghiệp; NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội.
http://www.scidacreview.org/0704/html/hardware.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Cellulase
http://www.wiziq.com/tutorial/19632NETJRFsamplePaper3B
