Παραγωγή βιοαιθανόλης από προκατεργασμένα με υγρή οξείδωση στελέχη αραβοσίτου

Μπίστης, Περράκης; Bistis, Perrakis

dc.contributor.author	Μπίστης, Περράκης	el
dc.contributor.author	Bistis, Perrakis	en
dc.date.accessioned	2016-07-21T08:05:54Z
dc.date.available	2016-07-21T08:05:54Z
dc.date.issued	2016-07-21
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/43202
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.12786
dc.rights	Default License
dc.subject	Στελέχη αραβοσίτου	el
dc.subject	Υγρή οξείδωση	el
dc.subject	Ζύμωση	el
dc.subject	Σακχαροποίηση	el
dc.subject	Αναμικτήρας ελεύθερης πτώσης	el
dc.subject	Corn stover	en
dc.subject	Wet oxidation	el
dc.subject	Fermentation	el
dc.subject	Saccharification	el
dc.subject	Free fall mixer	el
dc.title	Παραγωγή βιοαιθανόλης από προκατεργασμένα με υγρή οξείδωση στελέχη αραβοσίτου	el
dc.title	Bioethanol production from pretreated corn stover with wet oxidation	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Βιοτεχνολογία	el
heal.classification	Biotechnology	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-07-04
heal.abstract	Σκοπός της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας ήταν η παραγωγή βιοαιθανόλης από στελέχη αραβοσίτου τα οποία είχαν υποστεί προεπεξεργασία είτε με υγρή οξείδωση είτε με απολιγνίνωση Milox ώστε να προσδιοριστούν οι συνθήκες οι οποίες οδηγούν στην υψηλότερη παραγωγή της. Οι προκατεργασίες πραγματοποιήθηκαν από το Ινστιτούτο Χημικών Διεργασιών και Ενεργειακών Πόρων (ΙΔΕΠ). Η υγρή οξείδωση πραγματοποιήθηκε σε θερμοκρασία 175οC, με αέρα περιεκτικότητας 40% σε Ο2, με χρήση διαλύτη H2O/(CH3)2CO (1:1), για 120 min. Η προκατεργασία αυτή πραγματοποιήθηκε σε 3 δείγματα στελεχών αραβοσίτου με μεταβολή της παραμέτρου της πίεσης (8.5, 20, 40 bar) και η τελική σύσταση της βιομάζας, σε ξηρή βάση, σε κυτταρίνη ημικυτταρίνη και λιγνίνη ήταν αντίστοιχα 66.78%, 16.95% και 12.09% για τα 8.5 bar, 71.41%, 14.65% και 8.64% για τα 20 bar και 74.63%, 13.32%Η και 7.61%Λ για τα 40 bar. Η προκατεργασία απολιγνίνωσης Milox πραγματοποιήθηκε σε πίεση 1 bar, θερμοκρασία 80οC, με χρήση διαλύτη φορμικό οξύ/ 2% Η2Ο2, για 60 min και η τελική σύσταση των στελεχών αραβοσίτου ήταν αντίστοιχα 70.08%, 8.68% και 7.23%. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε μελέτη ενζυμικού φορτίου για την επιλογή της βέλτιστης συγκέντρωσης του εμπορικού ενζυμικού σκευάσματος Cellic CTec2 (9 mg/g ΞΒ) στους 50 οC με ανάδευση 180 rpm, για 72 h με 10% (w/v) συγκέντρωση στερεών. Κατά την υδρόλυση των παραπάνω δειγμάτων στελεχών αραβοσίτου, η συγκέντρωση γλυκόζης που παράχθηκε ήταν: 62.55 ± 0.74 g/L (8.5 bar), 68.93 ± 0.89 g/L (20 bar), 79.24 ± 0.22 g/L (40 bar) και 55.54 ± 1.48 g/L (Milox). Ακολούθως έγινε ταυτόχρονη σακχαροποίηση και ζύμωση με την προσθήκη ενός σταδίου προϋδρόλυσης 12 h, για την εύρεση της αποδοτικότερης προκατεργασίας ως προς την παραγωγή αιθανόλης. Η προϋδρόλυση έγινε με χρήση της βέλτιστης συγκέντρωσης ενζυμικού σκευάσματος που προσδιορίστηκε μέσω της μελέτης ενζυμικού φορτίου, στις ίδιες συνθήκες. Για να πραγματοποιηθεί αλκοολική ζύμωση προστέθηκε ο μικροοργανισμός S. Cerevisiae (Ethanol Red®) σε συγκέντρωση 15 mg/g ΞΒ. Η ζύμωση πραγματοποιήθηκε σε 35οC, με ανάδευση 80 rpm για 120 h. Υψηλότερη συγκέντρωση αιθανόλης σημειώθηκε στο προκατεργασμένο με υγρή οξείδωση δείγμα σε πίεση 40 bar (26.03 g/L, 61.57% απόδοση). Επομένως, το παραπάνω δείγμα επιλέχτηκε για ζύμωση μεγαλύτερης κλίμακας με στάδιο ρευστοποίησης/σακχαροποίησης σε αναμικτήρα ελεύθερης πτώσης σε συγκέντρωση στερεών 25% (w/v). Στη συνέχεια μελετήθηκε η επίδραση της διάρκειας (6 και 12 h) του σταδίου ρευστοποίησης/σακχαροποίησης στην παραγωγή βιοαιθανόλης. Μεγαλύτερη παραγωγή αιθανόλης παρατηρήθηκε σε διάρκεια 12 h ρευστοποίησης/σακχαροποίησης (72.65 ± 1.44 g/L, απόδοσης 68.72%) από αυτή των 6 h (70.87 ± 0.22 g/L, απόδοσης 66.57%). Η διαφορά είναι αρκετά μικρή, επομένως η διάρκεια των 6 h είναι επαρκής για την μετέπειτα παραγωγή αιθανόλης σε υψηλές συγκεντρώσεις. Η παραγωγικότητα (1,48 g/L/h) όσο και η συγκέντρωση σε αιθανόλη (71,0 g/L) με απόδοση 67,1%, που αναφέρονται στην παρούσα εργασία είναι ανάμεσα στις υψηλότερες που συναντώνται στη διεθνή βιβλιογραφία.	el
heal.abstract	The purpose of this thesis was the production of bioethanol using corn stover which had been pretreated either with wet oxidation or with a delignification method (Milox) to find out the conditions which lead to the highest ethanol yield. These pretreatments were performed from the Institute of Chemical Processes and Energy Recourses. The wet oxidation took place in temperature of 175oC, with air (40% O2), by use of H2O/(CH3)2CO (1:1) solvent, for 120 min. This pretreatment was implied in 3 corn stover samples with deferent pressure (8.5, 20, 40 bar) and the final composition of the biomass, in dry basis, in cellulose, hemicellulose and lignin was respectively 66.78%,16.95% and 12.09% after the 8.5 bar pretreatment, 71.41%, 14.65% and 8.64% after the 20 bar pretreatment and 74.63%, 13.32% και 7.61% after the 40 bar pretreatment. The Milox delignification pretreatment took place under 1 bar pressure, temperature of 80 oC, by the use of formic acid/2% H2O2 solvent, for 60 min and the final composition of corn stover was respectively 70.08%, 8.68% και 7.23%. After that, enzyme loading hydrolysis was performed to determine the best commercial enzyme mixture (Cellic CTec2) concentration (9 mg/g dry basis) in temperature of 50 oC with a stirring of 180 rpm, for 72 h with 10% (w/v) solids concentration. During the hydrolysis of these samples, the concentration of glucose that was produced was: 62.55 ± 0.74 g/L (8.5 bar), 68.93 ± 0.89 g/L (20 bar), 79.24 ± 0.22 g/L (40 bar) και 55.54 ± 1.48 g/L (Milox). Then, the simultaneous saccharification and fermentation occurred with 12 h prehydrolysis to find the pretreatment with the most efficient ethanol production. The prehydrolysis took place using the optimum enzyme concentration which was determined after the enzyme loading hydrolysis, under the same conditions. The microorganism S. Cerevisiae (Ethanol Red ®) was added for the beginning of the fermentation, in concentration of 15 mg/g dry basis. The conditions of the fermentation were: temperature of 35oC, 80 rpm stirring, for 120 h. The highest production of ethanol was 26.03 g/L (61.57% yield) from the sample that was pretreated with wet oxidation in 40 bar. Therefore, this corn stover was used for high gravity fermentation with a liquefaction/saccharification step in a free fall mixer with solids concentration of 25% (w/v). After that the effect of duration (6 and 12 h) of liquefaction/saccharification was studied, in the production of bioethanol. Despite the fact that the ethanol yield of 12 h liquefaction/saccharification (72.65 ± 1.44 g/L, 68.72% yield) was higher from the 6 h (70.87 ± 0.22 g/L, 66.57% yield), the deference is not significant, so the 6 h liquefaction/saccharification are enough. The productivity (1,48 g/L/h) and the ethanol concentration (71.0 g/L) with a 67.1% yield, of this thesis, are one of the highest in the international literature.	en
heal.advisorName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.advisorName	Topakas, Evangelos	en
heal.committeeMemberName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Κέκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Σαρίμβεης, Χαράλαμπος	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.	el
heal.fullTextAvailability	true