Skip to main content
SUPERVISOR
محمدجعفر طاهرزاده اصفهانی (استاد راهنما) علی اصغر انصافی (استاد مشاور) امتیازی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Keikhosro Karimi
کیخسرو کریمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1379

TITLE

Ethanol Production From Lignocellulosic Material
Ethanol from renewable resources has been of interest in recent decades as an alternative fuel or oxygenate additive to the current fossil fuels. Lignocellulosic materials are cheap renewable resources, available in large quantities. The dominant materials in lignocelluloses are cellulose, hemicellulose and lignin. The cellulose and hemicellulose can be hydrolyzed chemically or enzymatically to the corresponding monomeric sugars. Dilute-sulfuric acid hydrolysis is a chemical hydrolysis used either for the pretreatment before enzymatic hydrolysis or for the conversion of lignocellulose to the corresponding sugars. The results of this work show the ability of single-stage hydrolysis to depolymerize hemicellulose of rice straw to a maximum yield of 80.8% xylose at hydrolysis pressure of 15 bar, 10 min retention time and 0.5% acid concentration. The high concentration of xylose in the resulted hydrolyzate demands a xylose fermenting microorganism for ethanol production. We have tested the ability of two fungi, Mucor indicus and Rhizopus oryzae in ethanol production from hexoses and xylose in dilute-acid lignocellulosic hydrolyzate. These fungi have valuable biomass, since it contains significant quantities of chitosan. M. indicus could successfully produce ethanol from xylose-rich hydrolyzate of rice straw, but as not good as Pichia stipitis in ethanol yield. The fungus also show a good resistance to the inhibitors presented in the hydrolyzate. However, the xylose utilization by M. indicus was sensitive to aeration rate. In a part of this work, after initial growth of M. indicus in 500 ml enzymatic wheat hydrolyzate, lignocellulosic hydrolyzate was fermented with feeding rates 0.1 and 0.2 h-1. The fungus consumed more than 46% of the initial xylose, while less than half of this xylose was excreted in form of xylitol. The ethanol yield was 0.43 g/g consumed sugars. In another part of this work, ethanol was produced in continuous cultivation. With addition of enzymatic wheat hydrolyzate, biotin and a nitrogen source to dilute acid hydrolyzate, it is possible to produce ethanol continuously with a yield as high as 0.44 g ethanol per g of consumed sugars. Ethanol production from cellulose fraction of rice straw performed by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) with Saccharomyces cerevisiae, M. indicus, and R. oryzae, where the latter had the best ethanol yield as 74% from rice straw followed by M. indicus with an overall yield of 68% with 15 FPU/g DM of cellulase.
ترکیبات لیگنوسلولزی مانند کاه برنج و چوب مواد بسیار ارزان قیمت و فراوانی هستند که می‌توانند برای تولید اتانول به روش تخمیر مورد استفاده قرار گیرند. این ترکیبات دارای سه قسمت عمده همی‌سلولز(پلیمر قندهای 5 کربنی و 6 کربنی)، سلولز(پلیمر گلوکز) و لیگنین می‌باشند. در میان روشهای مختلف هیدرولیز(تبدیل پلیمر قندها به قندهای ساده و قابل تخمیر) هیدرولیز اسیدی رقیق بهترین روش برای هیدرولیز همی‌سلولز برای اجرا در مقیاس صنعتی شناخته شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد با به کار بردن روش اسیدی رقیق با 5/0 درصد اسید سولفوریک به مدت 10 دقیقه در فشار 15 بار می توان 8/80 درصد قند زایلوز، عمده ترین قند موجود در همی‌سلولز کاه را به دست آورد. بخش عمده‌ای از قندهای موجود در هیدرولیزیت همی‌سلولز قندهای پنج کربنی می‌باشند که بسیاری از میکروارگانیسمها مانند ساکارومایسیس سرویسیه قادر به تخمیر آن نمی‌باشند. در تحقیقات سالهای اخیر برخی از قارچهای فیلامنتوس مانند موکور ایندیکوس و رایزوپوس اورایزه تواناییهای زیادی برای تولید اتانول از هیدرولیزیت نشان داده اند. از جمله مزایای استفاده از این قارچها قابلیت تخمیر طیف گسترده ای از قندها از جمله زایلوز و توانایی رشد در دماهای بالاتری نسبت به مخمرهای معمولی را داشته و همچنین از بیومس آنها می توان مقدار قابل توجهی کیتوزان که ماده بسیار با ارزشی می باشد جداسازی نمود. در قسمتهایی از این تحقیق به تولید اتانول از همی سلولز به روشهای مختلف تخمیر ناپیوسته، خوراکدهی ناپیوسته و پیوسته پرداخته شد. تولید اتانول از هیدرولیزیت اسیدی رقیق مرحله اول (که عمدتا همی سلولز است) از قارچ موکور انجام گرفته و نتایج آن با نتایج تخمیر توسط پیکیا استیپیتیز که معروفترین مخمر تخمیر کننده زایلوز می باشد مقایسه شد. نتایج نشان داد پیکیا برای تولید اتانول از زایلوز و همی سلولز کاه(که قند غالب آن زایلوز می باشد) نتایج بهتری را نسبت به موکور نشان می دهد ولی در تخمیر با موکور مقدار قابل توجهی بیومس نیز تولید شده که محصول باارزشی می‌باشد. در بخش دیگری اثر هوادهی بر تخمیر زایلوز توسط موکور به روش ناپیوسطه در فرمانتور بررسی شد. نتایج نشان داد زایلوز تنها در حالت هوازی مصرف می شود و با افزایش میزان هوادهی سرعت تولید اتانول زیاد می‌شود ولی مقداری اتانول نیز توسط قارچ مصرف می شود. در قسمتی از تحقیق به بررسی اثر بازدارنده های اصلی تخمیر که شامل فوروفورال، هیدروکسی متیل فورفورال، اسید استیک و وانیلین می باشند بر عملکرد قارچ موکور پرداخته و نتایج نشان داد این قارچ می‌تواند تا حدی در برابر حضور بازدارنده ها مقاومت نماید ولی حضور بازدارنده ها راندمان تولید اتانول را کاهش می‌دهد. در بخش دیگری از تحقیق به تولید اتانول از هیدرولیزیت اسیدی رقیق مرحله اول چوب صنوبر به روش خوراکدهی ناپیوسته پرداخته شد. نتایج نشان می‌دهد با سرعت خوراکدهی 1/0 و 2/0 در ساعت موکور می تواند تقریبا تمام قندهای 6 کربنی و بیش از 46% از زایلوز را تخمیر نموده با راندمان 43/0 گرم(اتانول) بر گرم(قند مصرفی) اتانول تولید نمایند. هیدرولیزیت دارای ترکیبات مختلفی می‌باشد ولی حاوی تمامی مواد مورد نیاز سلولها نمی باشد. در بخشی از این تحقیق به بررسی تولید اتانول به روش پیوسته از هیدرولیزیت اسیدی رقیق مرحله اول توسط مخمر ساکارومایسیس سرویسیه پرداخته شد. آرد گندم هیدرولیز شده علاوه بر قند حاوی بسیاری از ترکیبات مورد نیاز سلول نیز می باشد. دراین تحقیق از مخلوط هیدرولیزیت اسیدی رقیق و آرد گندم هیدرولیز شده استفاده شد. نتای

تحت نظارت وف ایرانی