Lignocellulóz

A lignocellulóz növényi szárazanyag ( biomassza ), amelyet lignocellulóz biomasszának is neveznek. Ez a leginkább elérhető nyersanyag a Földön bioüzemanyagok , főként etanol előállításához . Szénhidrát polimerekből ( cellulóz , hemicellulóz ) és egy aromás polimerből ( lignin ) áll. Ezek a szénhidrát polimerek különféle monoszacharidokat tartalmaznak (hat és öt szénatommal), és szorosan kapcsolódnak a ligninhez. A lignocellulóz biomasszát szűz biomasszára, feldolgozott biomasszára és energianövényekre osztják . A tiszta biomassza magában foglalja az összes természetes szárazföldi növényt, például fákat, cserjéket és füvet. Az újrahasznosított biomassza alacsony értékű mellékterméke a különféle iparágaknak, például a mezőgazdaságnak ( kukorica , cukornádból származó bagasz, szalma stb.) és az erdészetnek ( fűrész- és papírgyárak hulladéka ). Az energianövények olyan növények, amelyek magas lignocellulóztartalmú biomasszát termelnek, és amelyet a második generációs bioüzemanyagok előállításához nyersanyagként nyernek; példa erre a köles ( vadköles ) és az elefántfű .

Különleges energianövények

Sok növény érdeke, hogy magas biomassza-hozamot tud előállítani, és évente többször is betakarítható. Ide tartozik a nyár és a miscanthus . A fő energianövény a cukornád , amely a könnyen fermentálható szacharóz és a bagasz lignocellulóz tartalmú melléktermékének forrása.

Alkalmazás

Cellulóz- és papíripar

A lignocellulóz biomassza a cellulóz - és papíripar nyersanyaga . Ez az energiaigényes iparág a biomassza lignin és cellulóz frakcióinak szétválasztására összpontosít.

Bioüzemanyagok

A fa tüzelőanyag formájában megjelenő lignocellulóz biomassza energiaforrásként hosszú múltra tekint vissza. A 20. század közepe óta megnőtt az érdeklődés a biomassza, mint a folyékony tüzelőanyagok előfutára iránt. A lignocellulóz tartalmú biomassza etanollá történő fermentálása [1] különösen előnyös a fosszilis tüzelőanyagokat kiegészítő üzemanyagok előállításában . A biomassza hosszú távon szénsemleges energiaforrás lehet. A biomassza forrásától függően azonban rövid távon nem lesz szénsemleges. Például, ha a biomassza fákból származik, akkor az az időtartam, amely alatt a fa újranövekszik (évtizedes nagyságrendben), a Föld légkörében a szén-dioxid nettó növekedését eredményezi lignocellulóz etanol elégetésekor. Ha azonban éves növényi maradványokból származó faanyagot használnak, akkor az üzemanyag szénsemlegesnek tekinthető. Az etanolon kívül sok más, lignocellulózból származó tüzelőanyag is potenciálisan érdekes lehet, beleértve a butanolt , a dimetilfuránt és a gamma-valerolaktont . [2]

Az etanol biomasszából történő előállításának egyik akadálya, hogy a fermentációhoz szükséges cukrok a lignocellulóz belsejében rekednek. A lignocellulóz úgy fejlődött ki, hogy ellenálljon a lebomlásnak, és hidrolitikus stabilitást és szerkezeti stabilitást biztosítson a növényi sejtfalaknak. Ez a stabilitás vagy "makacsság" a poliszacharidok (cellulóz és hemicellulóz) és a lignin közötti erős kötődésnek köszönhető észter- és észterkötéseken keresztül . [3] A lignin oxidált cukrai, uronsavai , fenoljai és fenil-propanoljai között észterkötések lépnek fel. Az erjeszthető cukrok kinyeréséhez először el kell választani a cellulózt a lignintől, majd savas vagy enzimes módszerekkel hidrolizálni kell az újonnan felszabaduló cellulózokat, hogy egyszerű monoszacharidokká bontsák le. A biomassza fermentációval kapcsolatos másik probléma a hemicellulózban, például xilózban vagy facukorban található pentózok magas százaléka. A hexózokkal, például a glükózzal ellentétben a pentózok nehezen fermentálódnak. A lignin- és hemicellulóz-frakciókkal kapcsolatos problémák számos modern tanulmány középpontjában állnak.

A lignocellulóz tartalmú biomassza bioetanol alapanyagként való felhasználásával kapcsolatos kutatások nagy része elsősorban a Trichoderma reesei gombára összpontosít , amely cellulolitikus képességeiről ismert. Jelenleg számos irányt tanulmányoznak, beleértve a T. reesei -ből izolált cellulázok és hemicellullázok optimalizált koktéljának kifejlesztését , valamint a törzs génsebészeten alapuló továbbfejlesztését, lehetővé téve, hogy a gomba egyszerűen elszaporodjon a lignocellulóz biomasszában és lebontsa a anyag D - glükóz monomerekké [4] A módszerek fejlesztése olyan törzsek megjelenéséhez vezetett, amelyek lényegesen több cellulázt képesek termelni, mint az eredeti QM6a izolátum; köztudott, hogy egyes ipari törzsek akár 100 g cellulázt is termelnek literenként a gombában, ami lehetővé teszi a cukrok maximális kivonását a lignocellulóz biomasszából. Ezek a cukrok azután fermentálhatók bioetanol előállítására.

Biokompozitok

A lignocellulóz biomasszák a biokompozit anyagok, például a forgácslapok, a fa-műanyag kompozitok és a cement-geopolimer fakompozitok előállítására is felhívják a figyelmet. Bár a biokompozit anyagok előállítása főként a faanyagra támaszkodik, a kevésbé erdős országokban, vagy olyan országokban, ahol a faanyagot már túlzottan kihasználják, az alternatív biomassza források, például az invazív növények, mezőgazdasági és fűrészüzemi maradványok felhasználhatók új „zöld” kompozitok létrehozására. A hagyományos anyagok alternatívájaként lignocellulóz biomasszával előállított biokompozitok azért hívják fel magukra a figyelmet, mert megújulóak és olcsóbbak, és tökéletesen illeszkednek az erőforrások "lépcsőzetes felhasználásának" politikájába.

Jegyzetek

  1. ↑ Carroll, Andrew; Somerville, Chris (2009. június). Cellulóz bioüzemanyagok. Növénybiológia éves szemle . 60 (1): 165-182. DOI : 10.1146/annurev.arplant.043008.092125 .
  2. ↑ Barbara A. Tokay "Biomass Chemicals" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi : 10.1002/14356007.a04_099
  3. ↑ A cellulóz-etanol biológiai akadályainak áttörése: Közös kutatási menetrend. Beszámoló a 2005. decemberi workshopról (PDF) (2006. június). Hozzáférés időpontja: 2008. január 19. Az eredetiből archiválva : 2017. február 7..
  4. ↑ Monot, Frederic; Margeot, Antoine A bioüzemanyagok a gombákká válnak – Interjú Frédéric Monot-val és Antoine Margeot-val, az IFPEN Alkalmazott kémia és Fizikai Kémia Osztályával . IFP Energies nouvelles . Letöltve: 2015. július 17. Az eredetiből archiválva : 2018. január 27..

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
 növényi sejt
Sejtszervecskék növényi sejt
sejtfal
Anyagok
szerkezetek

Növényi sejtosztódás
Speciális szakaszok
szerkezetek