Διεργασίες υδρόλυσης και ζύμωσης προκατεργασμένης λιγνινοκυτταρινούχας βιομάζας με χρήση καινοτόμων ενζύμων και υψηλής αρχικής συγκέντρωσης στερεών για την παραγωγή βιοαιθανόλης

Αλεξόπουλος, Παναγιώτης; Alexopoulos, Panagiotis

dc.contributor.author	Αλεξόπουλος, Παναγιώτης	el
dc.contributor.author	Alexopoulos, Panagiotis	en
dc.date.accessioned	2016-02-02T11:14:41Z
dc.date.available	2016-02-02T11:14:41Z
dc.date.issued	2016-02-02
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/41907
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.11220
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Υδρόλυση	el
dc.subject	Υδροθερμική προκατεργασία	el
dc.subject	Υγρή οξείδωση	el
dc.subject	Ζύμωση	el
dc.subject	Βιοαιθανόλη	en
dc.subject	Hydrolysis	en
dc.subject	Hydrothermal pretreatment	el
dc.subject	Wet oxidation	el
dc.subject	Fermentation	el
dc.subject	Bioethanol	el
dc.title	Διεργασίες υδρόλυσης και ζύμωσης προκατεργασμένης λιγνινοκυτταρινούχας βιομάζας με χρήση καινοτόμων ενζύμων και υψηλής αρχικής συγκέντρωσης στερεών για την παραγωγή βιοαιθανόλης	el
dc.title	Hydrolysis and fermentation processing on pretreated lignocellulosic biomass using innovative enzymes and solids of high initial concentration for bioethanol production	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Βιοτεχνολογία	el
heal.classification	Biotechnology	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-10-02
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Βιοτεχνολογίας της Σχολής Χημικών Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου και περιλαμβάνει μελέτη των διεργασιών υδρόλυσης αγροτικού υπολείμματος λιγνινοκυτταρινούχας βιομάζας με χρήση καινοτόμων ενζύμων για την παραγωγή βιοαιθανόλης. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε μελέτη της υδροθερμικής προκατεργασίας του CS με χρήση τεσσάρων εμπορικών ενζυμικών σκευασμάτων : του ενζυμικού διαλύματος Celluclast® 1.5L (κυτταρινάση)- Novozyme® 188 (β-γλυκοζιδάση) και των εμπορικών ενζύμων Cellic® CTec2, Cmax3™ και Accellerase®1500, για συγκεντρώσεις 3, 6, 9 και 12 mg/g ξηρής βιομάζας (Ξ.Β). Μετά από ενζυμικές υδρολύσεις (με 3% w/v συγκέντρωση στερεών), προέκυψε το βέλτιστο φορτίο των 9 mg/g για κάθε ένζυμο, ενώ το ένζυμο Cellic® CTec2 βρέθηκε αποτελεσματικότερο συγκριτικά με τα υπόλοιπα τρία. Ακολούθησε ζύμωση του ρευστοποιημένου CS σε υψηλή αρχική συγκέντρωση στερεών (24% w/v), με προϋδρόλυσή του είτε για 12 είτε για 24 ώρες με 9 mg/g Ξ.Β Cellic® CTec2. Παρατηρήθηκε ότι οι 12 ώρες ήταν επαρκείς για τη ρευστοποίηση του υλικού, ενώ η επιπλέον προσθήκη ενζύμου πριν το ξεκίνημα της ζύμωσης ενίσχυσε τη συγκέντρωση της παραγόμενης αιθανόλης (από 35,5 g/L σε 41,5 g/L για τις 12 ώρες) , που έφτασε το απαιτούμενο όριο του 4% w/w στο τελικό προϊόν. Επιπλέον, μελετήθηκε η προκατεργασία της απολιγνίνωσης (υλικό Α) και ο συνδυασμός προκατεργασιών απολιγνίνωσης και υδροθερμικής (υλικό Β) σε υπόλειμμα αραβοσίτου. Μετά από ενζυμικές υδρολύσεις των δύο υλικών (με 3% w/v συγκέντρωση στερεών), με χρήση του Cellic® CTec2 σε συγκεντρώσεις 3, 6, 9 και 12 mg/g Ξ.Β , διαπιστώθηκε πως το βέλτιστο ενζυμικό φορτίο είναι τα 9 mg/g Ξ.Β. Με επακόλουθες ζυμώσεις (με και χωρίς προϋδρόλυση) για κάθε υλικό, συμπεραίνεται πως οι συνθήκες προκατεργασίας του υλικού Β είναι προτιμότερες ως προς την απελευθέρωση ζυμώσιμων σακχάρων (11% περισσότερη γλυκόζη), ενώ υπερτερούν και αναφορικά με την παραγωγή αιθανόλης, ειδικά με εφαρμογή προϋδρόλυσης πριν τη διαδικασία της ζύμωσης. 2 Τέλος, ερευνάται η προκατεργασία της υγρής οξείδωσης σε υπολείμματα κοπής ξύλου οξιάς. Τα τρία δείγματα με το υψηλότερο ποσοστό σε κυτταρίνη επιλέγονται ως αντιπροσωπευτικά του συνόλου και υδρολύονται ενζυμικά (με συγκέντρωση στερεών 15% w/v) με χρήση του Cellic® CTec2 σε συγκεντρώσεις 6, 9 και 12 mg/g Ξ.Β. Προκύπτει λοιπόν το βέλτιστο ενζυμικό φορτίο των 9 mg/g Ξ.Β, με το οποίο πραγματοποιούνται ενζυμικές υδρολύσεις όλων των υλικών. Ακολουθούν ζυμώσεις των υλικών με συγκέντρωση στερεών 17% w/v. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, οι συνθήκες προκατεργασίας με υγρή οξείδωση, του υλικού ligC_171114_L, σε πίεση 40 bar, θερμοκρασία 175 0C και σε αραιό διάλυμα H20 με ακετόνη 50-50 %, σε συνθήκες αέρα με 40% 02 επιφέρουν τα αποδοτικότερα αποτελέσματα τόσο ως προς την απελευθέρωση ζυμώσιμων σακχάρων αλλά και ως προς την παραγωγή βιοαιθανόλης, καθώς επιτυγχάνεται το όριο του 4% w/w αιθανόλης στο τελικό προϊόν.	el
heal.abstract	The current thesis, elaborated in the Biotechnology Laboratory at the Chemical Engineering School of the National Technical University of Athens, includes the study of hydrolysis processes, on lignocellulosic biomass of agricultural residue, using innovative enzymes for bioethanol production. Initially, a study was conducted on the hydrothermal pretreatment of the CS using four commercial enzyme preparations: the enzyme solution Celluclast® 1.5L (cellulase) - Novozyme® 188(glucosidase ) and commercial enzymes Cellic® CTec2 , Cmax3 ™ and Accellerase®1500, at concentrations of 3, 6 , 9 and 12 mg/g dry biomass. A number of enzymatic hydrolysis (at 3% w/v solids concentration) showed an optimum load of 9 mg/g for each enzyme, while the enzyme Cellic® CTec2 was found to be more effective compared to the other three. Following, there was a fermentation of the fluidized CS with high initial solids concentration ( 24 % w/v ) , after a step of hydrolysis of either 12 or 24 hours with 9 mg / g Cellic® CTec2. It was observed that 12 hours were sufficient for the liquidation of the material, while adding additional enzyme before the start of fermentation enhanced the concentration of ethanol produced (from 35,5 g / L to 41,5 g / L for 12 hours of prehydrolysis) that reached the required threshold of 4% w/w in the final product. Moreover, a study was conducted on the pretreatment of delignification (material A) as well as the combination of delignification and hydrothermal pretreatments (material B) in corn residue. After enzymatic hydrolysis of the two materials (at 3% w/v solids concentration), using Cellic® CTec2 at concentrations of 3, 6 , 9 and 12 mg / g, it was found that the optimal enzyme load is 9 mg / g. With subsequent fermentations (with and without prehydrolysis) for each material, it was noted that the pretreatment conditions of the material B are preferable for releasing fermentable sugars (11% more glucose) and producing ethanol , especially by applying a step of hydrolysis before the fermentation process. Finally, the pretreatment of wet oxidation in beech wood trimmings was researched. The three samples with the highest percentage of cellulose are chosen as representatives and are hydrolyzed enzymatically (at solids concentration of 15% w/v) 4 using Cellic® CTec2 at 6, 9 and 12 mg/g. The result showed that the optimal enzyme load is at 9 mg/g and thus, all the enzymatic hydrolyses were carried at that load. The fermentations that followed were performed at a solids concentration of 17% w/v. According to the results, the conditions of the wet oxidation pretreatment, that lead to the most efficient results, both in release of fermentable sugars and in production of bioethanol, are those of the material ligC_171114_L. In specific, the wet oxidation should be carried at a pressure of 40 bar, a temperature of 175 0C, in a dilute solution of H20 with acetone 50-50 % and air conditions of 40 % Ο2 in order to achieve the limit of 4% w/w of ethanol in the final product.	en
heal.advisorName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.committeeMemberName	Κέκος, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Βιοτεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	92 σ.
heal.fullTextAvailability	true