Có 6 giai đoạn để sản xuất bioethanol từ xenluloza.
- Giai đoạn 1 là giai đoạn tiền xử lý để tạo nguyên liệu lignoxenluloza như
gỗ hoặc rơm rạ để thủy phân
- Thủy phân xenluloza (cellulolysis), để bẻ gãy các phân tử để tạo đường
- Tách đường từ các ngun liệu cịn sót lại, đáng chú ý là lignin (phức polyme thơm)
- Lên men đường
- Chưng cất để tạo ra cồn nguyên chất
- Khử nước để tạo ra cồn khan với nồng độ lên đến 99,7%
Quá trình sản xuất ethanol từ xenluloza chỉ khác với quá trình lên men tinh bợt ở chỗ xử lý nguyên liệu thành đường đơn sẵn sàng cho quá trình lên men. Thủy phân hỗn hợp xenluloza khó hơn thủy phân tinh bợt vì hỗn hợp xenluloza là tập hợp các phân tử đường liên kết với nhau thành mạch dài (polyme cacbonhydrat) gồm khoảng 40 -60% xenluloza và 20-40% hemixenluloza, có cấu trúc tinh thể bền. Hemixenluloza chứa hỗn hợp các polyme có nguồn gớc từ xylo, mano, galaeto hoặc arabino kém bền hơn xenlulo. Nói chung hỗn hợp xenluloza khó hịa tan trong
36
nước. Phức polyme thơm có trong gỗ là lignin (10-25%) khơng thể lên men vì khó phân hủy sinh học, nhưng có thể tận dụng vào việc khác.
Q trình xử lý nguyên liệu thành đường tự do sẵn sàng lên men phải trải qua hai bước:
- Bước 1: thủy phân bằng axit lỗng nồng đợ 0,5% để phá vỡ liên kết hydro giữa các mạch xenluloza và phá vỡ cấu trúc tinh thể của chúng thực hiện ở nhiệt độ 2000C. Kết quả thủy phân bước 1 sẽ chuyển hóa hemixenlulo thành đường C5 và C6 (chủ yếu xylo và mano) dễ lên men tạo thành ethanol đồng thời bẻ gãy cấu trúc xenluloza.
- Bước 2: sử dụng axit nồng độ 2% được thực hiện ở nhiệt đợ 2400C để chuyển hóa hồn tồn cấu trúc xenluloza đã gãy thành đường gluco C6.
Quá trình thủy phân xenluloza thành gluco bằng axit có thể thay thế bằng men phân hủy xenluloza.
2.2.3. Các phương pháp làm khan ethanol
Thông thường ethanol sản xuất theo các phương pháp nêu trên thường có nồng đợ 96% vì vậy để tạo ra ethanol có nồng đợ lớn hơn 99% thì chúng ta phải sử
dụng các biện pháp loại nước, hay còn gọi là làm khan.
2.2.3.1.Làm khan bằng các chất hút nước
Có thể dùng các chất hút nước như: Clorua canxi khan, vôi … Tuy nhiên biện pháp này ít hiệu quả.
2.2.3.2. Chưng cất phân đoạn
Để pha cồn vào trong xăng thì cồn cần được tinh chế loại bỏ hết các thành phần phụ không tốt như andehit, axit axetic, và đặc biệt là nước rồi mới sử dụng cồn đó pha vào xăng nhiên liệu. Để sản xuất cồn tinh khiết là mợt vấn đề khó khăn trên thế giới đã nhiều nước đã nhiều nước làm được từ lâu với quy mô công nghiệp riêng ở nước ta tuy cũng đã sản xuất thành cơng nhưng giá thành cồn ngun chất cịn cao hơn nhiều so với nhập khẩu. Và dưới đây là một số phương pháp thường dùng :
2.2.3.3. Phương pháp chưng luyện đẳng phí (phương pháp trích ly)
37
phá điểm đẳng phí, cấu tử thứ ba này sẽ tạo thành với cấu tử dễ bay hơi thành một dung dịch đẳng phí có đợ bay hơi lớn hơn và sản phẩm đáy tháp sẽ ở dạng nguyên chất. Cấu tử thứ ba thường dùng là Benzene, Heptan, Cyclohexane…
Sơ đồ sản xuất phương pháp trích ly được đưa ra như trong hình 2.3:
1-cợt tách nước 2-thùng lắng gạn 3-thiết bị ngưng tụ
4-thiết bị làm lạnh 5-cột tách hydrocabon 6-thùng chứa cấu tử lôi cuốn