Βελτιστοποίηση ενζυμικής σακχαροποίησης και ζύμωσης προξηραμένων διατροφικών απορριμμάτων για παραγωγή αιθανόλης 2ης γενιάς - Σαραγάς, Κωνσταντίνος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I), 2018)
Tη σημερινή εποχή κρίνεται αναγκαία η εύρεση τρόπων αξιοποίησης των απορριμάτων δεδομένης της συνεχόμενης αύξησής τους. Σκοπός, λοιπόν, της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η βελτιστοποίηση της ενζυμικής σακχαροποίησης και ζύμωσης προξηραμένων διατροφικών απορριμάτων, σε εργαστηριακή κλίμακα, προκειμένου να αριστοποιηθεί η διεργασία παραγωγής αιθανόλης 2ης γενιάς. Αυτή πραγματοποιήθηκε με κριτήριο τη μεγιστοποίηση της παραγόμενης ποσότητας ελεύθερης γλυκόζης, η οποία στη συνέχεια στο στάδιο της ζύμωσης μετατρέπεται σε βιοαιθανόλη. Διερευνήθηκε η επίδραση του είδους και του ενζυμικού φορτίου τόσο αμυλολυτικών όσο και κυτταρινολυτικών ενζύμων, καθώς και της κινητικής της υδρόλυσης του αμύλου και της κυτταρίνης με χρήση των παραπάνω ενζύμων. Ως πρώτη ύλη για τις πειραματικές αναλύσεις χρησιμοποιήθηκαν προξηραμένα οικιακά βιοαπόβλητα, αφού πρώτα αλέστηκαν και στη συνέχεια χαρακτηρίστηκαν με βάση τις φυσικοχημικές τους παραμέτρους, όπως το pH, την υγρασία, τα ολικά πτητικά στερεά, τον ολικό άνθρακα, το ολικό άζωτο, τις πρωτεϊνες, τα λίπη και έλαια, τα ολικά διαλυτά στερεά και τους υδατάνθρακες (κυτταρίνη, ημικυταρίνη, ολικό άμυλο). Τα προξηραμένα οικιακά βιοαπόβλητα που χρησιμοποιήθηκαν ως πρώτη ύλη στην παρούσα εργασία είχαν την ακόλουθη σύσταση: pH 4,88 ± 0,10, υγρασία 8,4 ± 0,3 % w/w, ολικά πτητικά στερεά 86,83 ± 2,60 % w/w, ολικό άνθρακα 53,36 ± 1,20% w/w, ολικό άζωτο 2,16 ± 0,03 % w/w, πρωτεϊνες 13,50 ± 0,18 % w/w, λίπη και έλαια 11,65 ± 1,50 % w/w, ολικά διαλυτά στερεά 35,01 ± 3,30 % w/w, υδατάνθρακες με μέση σύσταση 39,84 ± 3,30 % w/w, εκ των οποίων, 9,45 ± 0,20 % w/w σε κυτταρίνη, 11,91 ± 0,65 % w/w σε ημικυτταρίνη και 6,09 ± 0,30 % w/w σε ολικό άμυλο.Έπειτα, πραγματοποιήθηκε μελέτη για την διερεύνηση της επίδρασης του αμυλολυτικού σκευάσματος NS22109 και του κυτταρινολυτικού σκευάσματος NS22177 στην υδρόλυση του αμύλου και της κυτταρίνης ανίστοιχα, καθώς και μελέτη των κινητικών των υδρολύσεων αυτών. Από τη διεξαγωγή των πειραματικών αυτών αναλύσεων βρέθηκε πως η βέλτιστη δόση του αμυλολυτικού σκευάσματος NS22109 είναι τα 31 μL/g αμύλου που αντιστοιχούν σε 2,71 μL/g προξηραμένου υλικού και η αντίστοιχη του κυτταρινολυτικού σκευάσματος NS22177 είναι τα 280 μL/g κυτταρίνης που αντιστοιχούν σε 21,7 μL/g ii προξηραμένου υλικού. Ακόμα, στο πλαίσιο της μελέτης των κινητικών των υδρολύσεων παρατηρήθηκε πως ο βέλτιστος χρόνος για την υδρόλυση του αμύλου και τη χρήση του αμυλολυτικού σκευάσματος NS22109 είναι ίσος με 1h, ενώ ο αντίστοιχος για την υδρόλυση της κυτταρίνης με τη χρήση του κυτταρινολυτικού σκευάσματος NS22177 είναι ίσος με 5h. Τέλος, επιλέχθηκαν ορισμένα σενάρια για τα οποία εφαρμόσθηκαν κατάλληλα ισοζύγια μάζας και διερευνήθηκε η οικονομική αποδοτικότητά τους. Η εφαρμογή των ισοζυγίων μάζας έδειξε πως η παραγωγή αιθανόλης είναι υψηλότερη στην περίπτωση των βιοαποβλήτων απαλλαγμένων από λιπαρά, ενώ η μετατροπή των σεναρίων σε οικονομικούς όρους φανέρωσε πως η κερδοφορία του εκάστοτε σεναρίου εξαρτάται άμεσα από το είδος και τη σύσταση του βιοαποβλήτου και από τη χρησιμοποιούμενη ποσότητα ενζύμων.