БИОМАССА Как источник энергии

Подготовка субстрата

Общая кинетика процесса и эффективность превращения субстрата в этанол существенным образом зависят от предварительной подготов­ки субстрата для ферментации [9]. Поскольку стоимость субстрата влияет на стоимость этанола, методы предварительной подготовки сы­рья имеют важное значение и для снижения производственных расхо­дов.

Некоторые микроорганизмы расщепляют крахмал на сахар-маль­тозу и глюкозу, которые затем могут быть превращены в этанол. Одна­ко используемая в большинстве ферментационных процессов дрожже­вая культура Saccharomyces неспособна превращать крахмал в фермен­тирующиеся сахара. Поэтому крахмал перед ферментацией в этанол подвергают гидролизу, в результате которого образуются мальтоза и глюкоза [2, 10]. При производстве пива гидролиз ячменного крахма­ла осуществляется с помощью растительных ферментов (амилаза), по­лучаемых из прорастающих семян в процессе образования солода [9]. В других процессах ожижение крахмала осуществляется путем добавле­ния грибковых амилаз. В большинстве • ^ случаев производства этанола из крахмала кукурузы, картофеля илй ХЛе^;ебных злаков требуется предвари­тельная подготовка сырья. Такая ^^отовка состоит в восстановлении полимеров крахмала с высокой ^^кулярной массой в мальтозу (ди - мер глюкозы), глюкозу и другие Ферментирующиеся сахара (рис 1) При этом концентрация полимерн о с промежуточной молеКулярной массой (декстринов) должна быть "^^лена к минимуму, так как они не ферментируются ПОД воздействием ДР*Г| рожжей

Сахарный тростник и сахарна* св^екла содержат сахарозу (димёры фруктозы-глюкозы), которая може Г <Ре^Оерментир0ваться непосредственно микроорганизмами, используемыми в промышленности для производ_

Ства этанола. Таким образом, ДЛ" э^Ыих субстратов предварительная подготовка представляет собой ли&ь Щ фттеский процесс> при котором

Гидролиз сахарозы не требуется. ''-очные продукты производства са­

Хара-мелассы также являются ПРев^^зосходным субстратом для изводства этанола ферментацией.

Технология дрожжевой ферментациі,^^ крахмада и сахарозы известна давно, и найдены оптимальные Р^ажимы производства пива, вина и спиртов. В области технологии ^"^ользования целлюлозы такие успе­хи пока не достигнуты, несмотря н^ многочисленные исследования

В области ферментации целлюлоз^;.^^зучалась возможность получения целлюлозы из древесины, сельскохот^ йственнь1Х и промышленных отхо. дов в результате различных физИ^еск^^ химических и биологических процессов. Предварительная подго^овк сырья проводИлась химически.

Ми и физическими методами с пР™^^^ гидролиза при н с помощью сильных кислот и щелочей ^ а также путем измельчения При ферментации целлюлоза предвари™,^ ^ гвдролизуется д0 целлобиозы (димер глюкозы), а затем подверг*"™*^ дальнейшему расщеплению д0 глюкозы (рис. 1) [11, 12J,

В случае жидких отходов, ^Зучаемых из продуктов пищевой промышленности, требуется прад^Чительная подготовка иного рода.

Так, молочная сыворотка содержи г ^^ ферментирующиеся суб.

Страты-казеин и лактозу [8J, одн*«> « 0 их концентрация слишком мала, чтобы можно было обеспечить промь^Мышленное производство этанола

Поэтому, чтобы довести содержание ф^ ферментирующегося субстрата до значительного уровня, необходимо. Чэвысить их концентрации в потоке отходов настолько, чтобы конечны^ ®ь1^Ъ1Ход этанола был достаточно вы­соким, а следовательно, экономич0ым-

Предварительная подготовка ^"'"-отрата не является единственным показателем, характеризующим вь^ОД ферментирующихся сахаров из начального субстрата. На этот прочее, могу_г также влиять ввды _ зующихся Сахаров и их соотношение. М Когда в анаэробной ферментации принимают участие два и более вида ™ то один из них м0жет ин.

Гибировать процесс по отношению к Щ другим сахарам Такое ингибиро. вание, называемое катаболитнои РепРЬ'\ърессией, может влиять на выход этанола.

Сахароза (фруктоза, димер глюкозы)

Л

Фруктоза - 1-фоаршп

Крахмал (а М, а 1-6 глюкоза)

І

Декстрины (а 1-4 глюкоза)

І

Мальтоза (димер глюкозы)

\

Глюкоза

Н —С= О

I

Н—С—ОН

I

Но-с-

I

Н — с-

I

Н —с—он

СН2ОН

I

Глюкоза-6-фосфат или глюкоза -1-фосфат

Н — с=о н —с—он но-с — н н —с—он

I

Н—с—он сн2о®

I

Фруктоза-6-фосфат

С-Н, ОН І-0

-н - он

I

Но— с •

Н —с-

Подготовка субстратаI

Н —с —он

Сн2о® I

Фруктоза-1,6-фосфат С - нго® с = о но— і — н 1 он

I

Лактоза, (галактоза,

Димер глюкозы)

Г Л

Галактоза

Целлюлоза (р 1-4 глю­коза)

I

Целлобисза (димер глюкозы)

'Галактоза - 1-фосфат

Н

ОН

Н - с і

Н —с-

Он сн2о®

Рис. t. Получение этанола ферментацией.

БИОМАССА Как источник энергии

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Комплекс по производству этанола, где полностью используется сырье (например, пшеничные зерна (рис. 4)), может дать положительный энер­гетический эффект. Такой комплекс включает установку для пронзвод- Ства этанола и промышленного типа хозяйство для откормки рогатого скота. В энергетическом балансе учитывается энергия, расходуемая на выращивание пшеницы, и энергия для производства пара.

Кислород

Микроорганизмы, ответственные за производство этанола фермента­цией, являются факультативными, так как они могут развиваться как при наличии кислорода, так и без него. В присутствии кислорода из на­чального субстрата образуется больше клеточной массы (в 5-10 раз больше, чем в анаэробных условиях), и скорость роста ее увеличивается. Другими словами, аэрацией можно увеличить выход клеточной массы и интенсивность процесса.

Тепловой и энергетический к. п. д

Для составления энергетического баланса необходимо точно опреде­лить границы рассматриваемой системы. Энергетический к. п.д. может быть использован для оценки к. п.д. различных систем по переработке биомассы. Однако в тех случаях, когда процесс переработки биомассы включает стадии производства энергии (например, водяного пара или электроэнергии), более полезным будет сравнение термодинамических к. п. д., поскольку последний дает возможность установить, какая из си­стем для производства работы (энергии) лучше по сравнению с идеаль­ной.

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.