Μελέτη της υδροθερμικής προκατεργασίας στελεχών αραβόσιτου για την παραγωγή βιοαιθανόλης

Κοτσοβόλης, Αντώνιος; Kotsovolis, Antonios

dc.contributor.author	Κοτσοβόλης, Αντώνιος	el
dc.contributor.author	Kotsovolis, Antonios	en
dc.date.accessioned	2016-04-06T07:52:19Z
dc.date.available	2016-04-06T07:52:19Z
dc.date.issued	2016-04-06
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/42326
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.10575
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Παραγωγή βιοαιθανόλης από αραβόσιτο	el
dc.subject	Bioethanol production from corn stover	en
dc.title	Μελέτη της υδροθερμικής προκατεργασίας στελεχών αραβόσιτου για την παραγωγή βιοαιθανόλης	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Βιοτεχνολογία	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-10-02
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Βιοτεχνολογίας της Σχολής Χημικών Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι η μελέτη και η βελτιστοποίηση των συνθηκών υδροθερμικής προκατεργασίας Στελεχών Αραβόσιτου (Σ.Α.) και η ενζυμική υδρόλυση του προκατεργασμένου υλικού.Αρχικά, τα Σ.Α. υπέστησαν υδροθερμική προκατεργασία σε ένα πλήθος από διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας, όπου ο χρόνος προκατεργασίας κυμάνθηκε μεταξύ 9 και 51 min και η θερμοκρασία ρυθμίστηκε σε τιμές μεταξύ 170 και 230oC. Οι συνθήκες της προκατεργασίας προσδιορίστηκαν με βάση τη μεθοδολογία αποκριτικών επιφανειών (RSM) όπου διερευνήθηκε η σχέση μεταξύ θερμοκρασίας και χρόνου προκατεργασίας καθώς και ο τρόπος κατά τον οποίο αυτή η μεταξύ τους αλληλεπίδραση επηρεάζει την επιθυμητή απόκριση. Ακολούθησε υδρόλυση της προκατεργασμένων Σ.Α. με χρήση μίγματος των εμπορικών ενζυμικών σκευασμάτων Celluclast®1.5L και Novozyme 188 σε αναλογίες 5:1 v/v (ενεργότητα ολικής κυτταρινάσης 10 FPU/g Σ.A.) και για συγκέντρωση στερεών 3% w/v. Το μοντέλο που προέκυψε από τα πειράματα, δείχνειότι οι βέλτιστες συνθήκες προκατεργασίας προκειμένου να επιτευχθεί η μέγιστη απελευθέρωση γλυκόζης ήταν 230οC και 15 min με μέγιστη προβλεπόμενη απελευθερούμενη γλυκόζη ίση με 7.71 g/L η οποία είναι πολύ κοντά στην πειραματική τιμή των 7.96 g/L. Αυτό το ζεύγος τιμών πλησιάζει τις τιμές της δοκιμής#2 (220 οC και 15 min) όπου το ποσοστό της απελευθερούμενης γλυκόζης βρέθηκε να είναι 7.55 g/L. Τέλος, μελετήθηκε η ικανότητα παραγωγής αιθανόλης από τα υδροθερμικά προκατεργασμένα Σ.Α. εφαρμόζοντας τη διεργασία ταυτόχρονης σακχαροποίησης και ζύμωσης, SSF (Simultaneous Saccharification and Fermentation) με προϋδρόλυση. Προσδιορίστηκε η ιδανική ποσότητα ενζυμικού φορτίου (Ε.Φ) για τη βέλτιστη παραγωγή βιοαιθανόλης με ταυτόχρονο μειωμένο κόστος. Βρέθηκαν ότι τα 9 mg/g ξ.β Ε.Φ είναι η βέλτιστη ποσότητα που απαιτείται για να επιτευχθεί η ισορροπία μεταξύ ικανοποιητικής ποσότητας προϊόντος και του κόστους παραγωγής της. Προσδιορίστηκε ότι η προσθήκη επιπλέον ποσότητας ενζύμων συντέλεσε στην αύξηση της συγκέντρωσης αιθανόλης, καθώς η παραγόμενη αιθανόλη αυξήθηκε από 14,74 g/L (9 mg/g ξ.β Ε.Φ) σε 15,07 g/L (12 mg/g ξ.β Ε.Φ) με ποσοστό δηλαδή κατά 2,2%. Για το λόγο του ότι αυτή η μικρή αύξηση στην παραγωγή δεν δικαιολογεί την αύξηση του ολικού κόστους της διεργασίας, επιλέγεται η χρήση 9 mg/g ξ.β Ε.Φ για την παραγωγή του προϊόντος.	el
heal.abstract	The present thesis was carried out in the Laboratory of Biotechnology, in the School of Chemical Engineering of the National Technical University of Athens. The subject was the study and optimization of the conditions of hydrothermal pretreatment of corn stover (CS) and the enzymatic hydrolysis of the pretreated material. As a byproduct of corn production, corn stover is a low-cost agricultural residue that is available in large quantities representing a potential feedstock for second-generation biofuel production. Firstly, the CS was treated hydrothermally in various operational conditions, where the time of treatment ranged from 9 to 51 minutes and the temperature was adjusted between 170 and 230 oC. The conditions of treatment were determined based on the RSM where the relationship between the temperature and the time of treatment was investigated. Afterwards, the hydrolysis of the pretreated CS with the use of the commercial enzyme mixture Celluclast® 1.5L and Novozyme 188 at ratio 5:1 v/v (total cellulase activity 10 FPU/g CS) and for solids concentration equal to 3% w/v, was performed.The model, which was derived from the experiments, showed that the optimal conditions of pretreatment that lead to the maximum glucose release is 230 οC and 15 min with a maximum predicted glucose release of 7.71 g/L which is very close to the experimental value of 7.96 g/L. This pair of values was close to those of run #2 (220 οC and 15 min) where glucose release found to be 7.55 g/L. Finally,the ability of the hydrothermally pretreated CS to produce ethanol by implementing processes of SSF (Simultaneous Saccharification and Fermentation) with pre-hydrolysis was investigated. The optimum enzymatic load was investigated to achieve a sufficient amount of the product considering its production's cost. 9 mg/g DM enzymatic load was found to be the best solution because it can produce such an ethanol amount while the cost is the lowest it can be. It was calculated that additional amount of enzyme,nevertheless, contributed to the increaseof the ethanol concentration since the produced ethanol was increased from 14,74 g/L (for 9 mg/g DM enzymatic load) to 15,07 g/L (12 mg/g DM enzymatic load) (2,2% increase) but not enough to balance the enzyme cost. For that reason, 9 mg/g DM enzymatic load was the optimum choice for ethanol production.	en
heal.advisorName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Κέκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	93 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true