Διεργασίες υδρόλυσης και ζύμωσης προκατεργασμένης λιγνινοκυτταρινούχας βιομάζας με χρήση καινοτόμων ενζύμων και υψηλής αρχικής συγκέντρωσης στερεών για την παραγωγή βιοαιθανόλης - Αλεξόπουλος, Παναγιώτης (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Βιοτεχνολογίας, 2015)
Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Βιοτεχνολογίας της Σχολής Χημικών Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου και περιλαμβάνει μελέτη των διεργασιών υδρόλυσης αγροτικού υπολείμματος λιγνινοκυτταρινούχας βιομάζας με χρήση καινοτόμων ενζύμων για την παραγωγή βιοαιθανόλης. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε μελέτη της υδροθερμικής προκατεργασίας του CS με χρήση τεσσάρων εμπορικών ενζυμικών σκευασμάτων : του ενζυμικού διαλύματος Celluclast® 1.5L (κυτταρινάση)- Novozyme® 188 (β-γλυκοζιδάση) και των εμπορικών ενζύμων Cellic® CTec2, Cmax3™ και Accellerase®1500, για συγκεντρώσεις 3, 6, 9 και 12 mg/g ξηρής βιομάζας (Ξ.Β). Μετά από ενζυμικές υδρολύσεις (με 3% w/v συγκέντρωση στερεών), προέκυψε το βέλτιστο φορτίο των 9 mg/g για κάθε ένζυμο, ενώ το ένζυμο Cellic® CTec2 βρέθηκε αποτελεσματικότερο συγκριτικά με τα υπόλοιπα τρία. Ακολούθησε ζύμωση του ρευστοποιημένου CS σε υψηλή αρχική συγκέντρωση στερεών (24% w/v), με προϋδρόλυσή του είτε για 12 είτε για 24 ώρες με 9 mg/g Ξ.Β Cellic® CTec2. Παρατηρήθηκε ότι οι 12 ώρες ήταν επαρκείς για τη ρευστοποίηση του υλικού, ενώ η επιπλέον προσθήκη ενζύμου πριν το ξεκίνημα της ζύμωσης ενίσχυσε τη συγκέντρωση της παραγόμενης αιθανόλης (από 35,5 g/L σε 41,5 g/L για τις 12 ώρες) , που έφτασε το απαιτούμενο όριο του 4% w/w στο τελικό προϊόν. Επιπλέον, μελετήθηκε η προκατεργασία της απολιγνίνωσης (υλικό Α) και ο συνδυασμός προκατεργασιών απολιγνίνωσης και υδροθερμικής (υλικό Β) σε υπόλειμμα αραβοσίτου. Μετά από ενζυμικές υδρολύσεις των δύο υλικών (με 3% w/v συγκέντρωση στερεών), με χρήση του Cellic® CTec2 σε συγκεντρώσεις 3, 6, 9 και 12 mg/g Ξ.Β , διαπιστώθηκε πως το βέλτιστο ενζυμικό φορτίο είναι τα 9 mg/g Ξ.Β. Με επακόλουθες ζυμώσεις (με και χωρίς προϋδρόλυση) για κάθε υλικό, συμπεραίνεται πως οι συνθήκες προκατεργασίας του υλικού Β είναι προτιμότερες ως προς την απελευθέρωση ζυμώσιμων σακχάρων (11% περισσότερη γλυκόζη), ενώ υπερτερούν και αναφορικά με την παραγωγή αιθανόλης, ειδικά με εφαρμογή προϋδρόλυσης πριν τη διαδικασία της ζύμωσης. 2 Τέλος, ερευνάται η προκατεργασία της υγρής οξείδωσης σε υπολείμματα κοπής ξύλου οξιάς. Τα τρία δείγματα με το υψηλότερο ποσοστό σε κυτταρίνη επιλέγονται ως αντιπροσωπευτικά του συνόλου και υδρολύονται ενζυμικά (με συγκέντρωση στερεών 15% w/v) με χρήση του Cellic® CTec2 σε συγκεντρώσεις 6, 9 και 12 mg/g Ξ.Β. Προκύπτει λοιπόν το βέλτιστο ενζυμικό φορτίο των 9 mg/g Ξ.Β, με το οποίο πραγματοποιούνται ενζυμικές υδρολύσεις όλων των υλικών. Ακολουθούν ζυμώσεις των υλικών με συγκέντρωση στερεών 17% w/v. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, οι συνθήκες προκατεργασίας με υγρή οξείδωση, του υλικού ligC_171114_L, σε πίεση 40 bar, θερμοκρασία 175 0C και σε αραιό διάλυμα H20 με ακετόνη 50-50 %, σε συνθήκες αέρα με 40% 02 επιφέρουν τα αποδοτικότερα αποτελέσματα τόσο ως προς την απελευθέρωση ζυμώσιμων σακχάρων αλλά και ως προς την παραγωγή βιοαιθανόλης, καθώς επιτυγχάνεται το όριο του 4% w/w αιθανόλης στο τελικό προϊόν.