Skip to main content
SUPERVISOR
اکرم زمانی فروشانی (استاد راهنما) کیخسرو کریمی (استاد راهنما) مرضیه شفیعی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mohamad amin Bahmani heidarabadi
محمدامین بهمنی حیدرآبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
Conversion of abundant lignocellulosic biomass to biofuels and replacing them with fossil fuels is a viable option to reduce greenhouse emissions. It has been reported that cellulosic ethanol and ethanol produced from other biomass resources have the potential to cut greenhouse gas emissions by 86%. Lignocellulosic materials such as agricultural residues (e.g., wheat straw, sugarcane bagasse, corn stover), forest products (hardwood and softwood), and dedicated crops (switchgrass, salix) are renewable sources of energy. These wastes are mostly left in the field, causing a disposal problem for the local producing agro-industries. However, lignocellulosic biomass actually has a great potential as feedstock for production of more value-added products such as low price chemicals, e.g. xylitol, xylose, glucose, furfural, fuels, biofibres, ruminant feed, biopulp, or even for enzyme production. In this study Biological pretreatment of three types of lignocelluloses including rice straw, hardwood sycamore and softwood pine with anaerobic digestion (AD) was investigated for efficient ethanol production. The effects of ultrasonication on AD-treated and untreated lignocelluloses were studied prior to their separated hydrolysis and fermentation (SHF). The pretreated and untreated samples were analyzed using Compositional Analysis, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Scanning Electron Microscopy (SEM) methods. The biological pretreatment significantly reduced the hemicellulose content of the samples and showed a slight reduction in the amount of cellulose with no effect on the lignin content. In the case of the rice straw holocellulose loss was more than the case of sycamore and pine woods. The highest yield of glucose after 72h enzymatic hydrolysis was 65.83% obtained after pretreatment of the rice straw with AD process followed by ultrasonication at 60°C for 1h. After 24h fermentation, the yield of ethanol for pretreated rice straw at the best conditions was 69.55% while one it was 44% approximately for untreated. Furthermore, the pretreatment of sycamore and pine woods at the best conditions improved the ethanol yield up to 38.7% and 30.6%, respectively. Keywords: Biological Pretreatment, Lignocelluloses, Anaerobic Digestion, ethanol
تبدیل مقادیر زیادی از زیست توده‌های لیگنوسلولزی به سوخت زیستی و جایگزین کردن آن‌ها با سوخت‌های فسیلی روشی مناسب برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای است. اتانول سلولزی و اتانولی که از سایر منابع زیستی تولید می‌شود، می‌تواند میزان نشر گازهای گلخانه‌ای را تا 86 درصد کاهش دهد. نمونه‌هایی از مواد لیگنوسلولزی تجدید پذیر بقایای محصولات کشاورزی (کاه گندم و برنج، تفاله نیشکر، علوفه ذرت)، مواد زائد جنگلی (چوب‌های سخت و نرم) و پسماندهای ناشی از هرس کردن درختان (شاخه‌های نازک و سر شاخه‌ها) است. سالیانه در جهان تقریباً 9/73 میلیون تن از این مواد تولید می‌شود که منبع مناسبی برای تولید اتانول است. این پسماندها غالباً در محیط رها می‌شوند و مشکلات فراوانی را برای صنایع محلی کشاورزی ایجاد می‌کنند. درحالی‌که پتانسیل بالایی برای تولید محصول‌های مختلف نظیر زایلیتول، زایلوز، گلوکز، فورفورال، انواع سوخت‌ها، الیاف‌ زیستی، خوراک دام، خمیر زیستی و نیز آنزیم‌ها دارند. در این تحقیق از چوب کاج، چوب چنار و کاه برنج به عنوان سوبسترا برای تولید بیوگاز و اتانول استفاده شد. برای مهیاکردن شرایط و افزایش سطح در دسترس در مرحله آبکافت آنزیمی از هضم بی‌هوازی در مرحله پیش فرآوری استفاده شد. پس از پیش فرآوری سوبسترا در شرایط مختلف، آبکافت آنزیمی و سپس تخمیر انجام‌ شد. تغییرات ایجادشده در ساختار سوبسترا در اثر پیش فرآوری، با آزمون‌های FTIR و تعیین کربوهیدرات‌ها و لیگنین بررسی شد. بر اساس آنالیز انجام‌شده توسط روش NREL ترکیب درصد کاه برنج استفاده‌شده عبارت بود از: گلوکان 7/39%، زایلان 7/21%، لیگنین 0/18% و مابقی جامد که شامل سایر کربوهیدرات‌ها، پروتئین، مواد استخراجی و خاکستر می‌شود. مقادیر گلوکان، زایلان و لیگنین چوب چنار و چوب کاج نیز به ترتیب برابر با 7/45، 4/18، 8/20 و 1/44، 4/8، 2/23 بود. پیش فرآوری زیستی انجام‌شده به روش هضم بی‌هوازی باعث کاهش چشمگیر محتوای همی سلولز موجود در نمونه‌ها و کاهش اندکی در میزان سلولز شد. میزان اتلاف کربوهیدرات‌ها در مورد نمونه کاه برنج بیش‌تر از نمونه‌های چوب چنار و کاج بود. نتایج حاصل از آبکافت آنزیمی نشان داد که بازده نهایی آبکافت بر اثر پیش فرآوری زیستی به خصوص برای کاه برنج به میزان قابل‌توجهی افزایش می‌یابد. البته بازده پایین آبکافت مربوط به چوب کاج پیش فرآوری شده نشان‌دهنده میزان تبدیل پایین گلوکان موجود در چوب نرم به گلوکز بود. نتایج حاصل از آبکافت آنزیمی همچنین بیان‌گر حذف بخش زیادی از همی سلولز موجود در کاه برنج و چوب چنار بود. نتایج مربوط به فرآیند تخمیر نشان داد که پیش فرآوری زیستی انجام‌شده توانسته است تولید اتانول از نمونه‌ها را بهبود بخشد. بازده تولید اتانول برای کاه پیش فرآوری نشده 9/43% بود درحالی‌که برای کاه پیش فرآوری شده بازده اتانول تا حدود 70% افزایش یافت. برای چوب چنار و کاج پیش فرآوری شده بازده اتانول به ترتیب برابر با 7/38% و 6/30% بوده است که هر یک نسبت به نمونه پیش فرآوری نشده خود 34% و 50% افزایش در میزان بازده را داشتند. با بررسی عکس‌های SEM تهیه‌شده از نمونه‌ها مشخص شد بر اثر پیش فرآوری زیستی با مخلوط میکروبی بافت همی‌سلولزی ماده لیگنوسلولزی به نحو مؤثری تخریب می‌شود و سطح در دسترس سلولز برای آبکافت آنزیمی و در نهایت بازده آبکافت و تخمیر افزایش می‌یابد. از میان سه نوع ماده لیگنوسلولزی بیش‌ترین میزان تخریب بر اثر پیش فرآوری در نمونه کاه برنج مشاهده شد. آنالیز FTIR نمونه‌ها نشان‌دهنده افزایش شاخص بلورینگی نمونه‌ها بر اثر پیش فرآوری بود. علت این پدیده حذف همی سلولز و بخش‌های نامنظم سلولزی از ساختار سوبسترا بود. واژگان کلیدی : بیواتانول، بیوگاز، هضم بی‌هوازی، پیش فرآوری زیستی، ضایعات لیگنوسلولزی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی