Skip to main content
SUPERVISOR
Keikhosro Karimi,Mohammadhadi Jazini dorcheh
کیخسرو کریمی (استاد راهنما) محمد هادی جزینی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Yasaman Ardalan
یاسمن اردلان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
Due to the reduction and concerns about the future of fossil fuels, extensive research has been carried out to develop renewable alternatives with less greenhouse gas emissions. One of the renewable sources is bioethanol, which can be produced from cellulosic biomass cultivated in water and soil. Bioethanol production from algae is referred to the third-generation biofuels. The benefits of this generation include the use of non-edible sources with high production efficiency and no need for freshwater and fertile soil for their growth. In this study, Sargassum angustifolium macroalga was used as the raw material for bioethanol production. This brown alga was harvested from Persian Gulf in summer and winter. It contained appreciable amounts of alginate as a valuable ingredient with many applications in various industries. Also, it composed of cellulose with different properties than lignocellulosic plants that do not required complex pretreatment for efficient biological conversions. Accordingly, at first, alginate was extracted from the alga, which is a valuable byproduct of ethanol production. This extraction process acted as a type of pretreatment for subsequent ethanol production. Alginate extraction was conducted with acid treatment (0.2 N hydrochloric acid) followed by an alkaline extraction (2% w/w sodium carbonate). The amounts of sodium alginate obtained were 24.40% and 22.40% for the samples harvested in summer and winter, respectively. The corresponding rates of solid residue recovery in the extraction process were 31% and 16.5% for the summery and wintery alga samples. In order to evaluation the effect of alginate extraction from alga, the solid residue from extraction and raw algal samples were subjected to enzymatic hydrolysis by commercial cellulase cocktail, Cellic CTec2. Extraction of alginates from alga increased the hydrolysis efficiency from 32.3 to 53.2 percent and from 32.8 to 61.9 percent in summery and wintery alga, respectively. In order to produce ethanol, the raw algal samples and wastes from alginate extraction were subjected to non-isothermal simultaneous saccharification and fermentation using the Saccharomyces cerevisiae for ethanol fermentation. The results showed that the summery algal samples produced 124.8 and 172.2 g/kg ethanol, where the wintery samples produced 148.4 and 187.2 g/kg ethanol from raw algal and solid residue of alginate extraction process, respectively. The final step was replacement algal extract with yeast extract in the ethanol production process. Algal extract was obtained in alginate extraction from the alga in two stages, i.e., before and after alkaline extraction. The two types of algal extracts were replaced with yeast extract and the ethanol production was determined. The use of wintery algal waste using the algal extract (after alkaline extraction) instead of yeast extract improved ethanol yield by 3.48% and the ethanol production increased to 197.20 g/kg wintery algal waste. Key words: Bioethanol, Brown macroalgae, Sargassum angustifolium , Sodium alginate
با توجه به کاهش سوخت‌های فسیلی، تحقیقات گسترده‌ای به منظور توسعه جایگزین تجدیدپذیر و با انتشار کمتر گازهای گلخانه‌ای صورت گرفته است. یکی از این منابع تجدیدپذیر سوخت‌ زیستی اتانول می‌باشد که توانایی تولید از ذخایر فراوان زیست توده‌های سلولزی موجود در آب و خاک را دارد. تولید بیواتانول از جلبک، سوخت‌ زیستی نسل سوم اطلاق می‌شود. از مزایای این نسل استفاده از منابع غیر خوراکی با راندمان تولید بالا و عدم نیاز به آب شیرین و زمین حاصلخیز برای رشدشان است. در این پژوهش از ماکروجلبک قهوه‌ای سارگاسوم آنگوستیفولیوم به عنوان ماده اولیه برای تولید بیواتانول استفاده گردید. این ماکروجلبک در دو فصل تابستان و زمستان از سواحل خلیج فارس جمع‌آوری گردید. جلبک‌های قهوه‌ای حاوی ماده‌ی ارزشمند آلژینات می‌باشد که کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف را دارد. همچنین سلولز این جلبک‌ها مانند لیگنوسلولز گیاهان نبوده و به مراحل سخت و پیچیده پیش‌فرآوری نیاز ندارند. به همین دلیل در ابتدا فرآیند استخراج آلژینات از جلبک انجام گرفت که علاوه بر تولید محصول جانبی با ارزش در فرآیند تولید اتانول نوعی پیش‌فرآوری برای جلبک نیز محسوب ‌گردید. استخراج آلژینات از جلبک شامل مراحل شستشوی جلبک با اسید هیدروکلریک 2/0 نرمال و سپس استخراج قلیایی توسط قرارگیری نمونه در محلول سدیم کربنات 2% (وزنی-حجمی) به مدت 2 ساعت در دمای 80 درجه سانتی‌گراد بود. مقدار سدیم آلژینات بدست آمده برای جلبک برداشت شده در فصل تابستان 40/24% و برای جلبک برداشت شده در فصل زمستان 40/22% بدست آمد. میزان بازیابی جامد در فرآیند استخراج برای جلبک تابستان 31% و برای جلبک زمستان 5/16% بدست آمد. به منظور بررسی تاثیر استخراج آلژینات از جلبک، جامدهای بازیابی شده از استخراج به همراه جلبک خام توسط آنزیم سلولازCellic CTec به مدت 72 ساعت تحت هیدرولیزآنزیمی قرار گرفت. میزان 20 واحد آنزیمی به ازای هر گرم سوبسترا به نمونه ها اضافه شد. استخراج آلژینات از جلبک تابستان بازده هیدرولیز آنزیمی را از 35/32 به 18/53 و جلبک زمستان را از 87/32 به 97/61 درصد افزایش داد. به منظور تولید اتانول، نمونه‌های جلبک خام و ضایعات حاصل از استخراج آلژینات تحت عملیات هیدرولیز و تخمیر هم زمان غیر هم دما قرار گرفتند و از مخمر ساکارومایسس سرویزیه برای تخمیر اتانول استفاده شد. نتایج نشان داد از هر کیلوگرم جلبک تابستان به ترتیب 80/124 و 00/172 گرم اتانول و از هر کیلوگرم جلبک زمستان 40/148 و 20/187 گرم اتانول در دو حالت خام و ضایعات باقیمانده از فرآیند استخراج آلژینات بدست آمد. گام نهایی این پژوهش بررسی جایگزینی عصاره جلبک با عصاره مخمر در فرآیند تولید اتانول بود. در مراحل استخراج آلژینات از جلبک در دو مرحله عصاره جلبک (یکی قبل و یکی بعد از استخراج قلیایی) بدست آمد. این دو عصاره جلبک جایگزین عصاره مخمر در محیط کشت تخمیر اتانول قرار گرفتند و میزان تولید اتانول بررسی شد. استفاده از ضایعات جلبک زمستان و بکارگیری عصاره جلبک (مرحله بعد از استخراج قلیایی) به جای عصاره مخمر، بازده اتانول را نسبت به عصاره مخمر 48/3% بهبود بخشید و 20/197 گرم اتانول به ازای هرکیلوگرم ضایعات جلبک زمستان بدست آمد. کلمات کلیدی : اتانول زیستی، ماکروجلبک قهوه‌ای، سارگاسوم آنگوستیفولیوم ، سدیم آلژینات.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی