Sản xuất ethanol từ cellulose

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 k

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

kết (1β - 4) glucozid thay nhau

1 "sấp" và 1 "ngửa"

 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,

- 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

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

glucose thành ethanol

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 exo-beta- 1,4 glucanase và endo-beta-1,4 glucanase Phức hệ enzyme này chuyển hóa cellulose thành cellobiose

 Beta- glucosidase : thủy phân cellobiose thành glucose

Quá trình lên men

cerevisiase

 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 5-6, Pages 367-375; Biomass and

Bioenergy

 Charles E Wyman; Ethanol from lignocellulosic

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/19632-NET-JRF-sample-Paper-3B