Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Etanol pozyskiwany z frytek – alternatywne podejście do biopaliw

Niemal 60% światowego zużycia paliw kopalnych stanowi transport. Odpowiada on również za emisję prawie 20% dwutlenku węgla i 70% tlenku węgla do atmosfery, stąd wzrasta zainteresowanie użyciem biopaliw lub innych alternatywnych źródeł energii, w tym bioetanolu. Może on być produkowany z roślin, takich jak kukurydza czy ziemniaki, ale też z wielu rodzajów łatwo dostępnych i tanich odpadów, m.in. po produkcji oleju palmowego lub frytek.

 

 

Produkcja bioetanolu z odpadów pozwala ponownie wykorzystać materiały, które trafiłyby do utylizacji. Najbardziej opłacalny jest proces jego produkcji, gdy ilość odpadów jest niezwykle duża, a dodatkowo odpady te są łatwo dostępne, tanie i składają się z substancji organicznych, które można przekształcić do etanolu. Przykładowo, w Malezji ponad 85% całości odpadów stanowią pozostałości z produkcji oleju palmowego. Taka ilość może wystarczyć do zaspokojenia całego krajowego zapotrzebowania na bioetanol. Z kolei z ok. 6 mln ton frytek produkowanych rocznie na całym świecie wyrzucanych jest nawet 90 tys.

Proces pozyskiwania bioetanolu

Produkcja bioetanolu z odpadów organicznych rozpoczyna się od obróbki wstępnej, która ma na celu redukcję rozmiaru cząstek oraz rozluźnienie ich struktury wewnętrznej, aby poszczególne składniki były lepiej dostępne podczas dalszych procesów – hydrolizy i fermentacji. Biologiczną obróbkę wstępną używa się najczęściej, gdy odpady zawierają duże ilości ligninocelulozy. Stosowane są mikroorganizmy wytwarzające enzymy rozbijające strukturę ligniny oraz uwalniania polisacharydów. Dużą zaletą tej metody jest niewielka ilość energii potrzebnej do utrzymania takiego systemu, ale jest to proces stosunkowo wolny, ze względu na ograniczone możliwości stosowanych mikroorganizmów. Na skalę przemysłową bardziej opłacalna jest zatem chemiczna obróbka wstępna, polegająca na dodaniu specjalnych kwasów, powodujących rozpad największych związków organicznych. Metodę chemiczną można stosować zarówno w przypadku obecności ligninocelulozy, jak i skrobi – wystarczy dobrać odpowiednią substancję rozkładającą te związki na mniejsze.

Kolejnym etapem produkcji bioetanolu jest hydroliza. To właśnie od niej zależy końcowa jakość produktu, ponieważ jest to proces rozkładający skrobię lub ligninocelulozę na cukry proste, z których później otrzymywany jest bioetanol. Zatem wydajność hydrolizy rzutuje na ilość i jakość łańcuchów węglowodanowych, poddawanych późniejszej fermentacji. Jest to etap kluczowy, ponieważ mikroorganizmy podczas fermentacji mogą rozłożyć jedynie cukry proste. Hydrolizę można prowadzić z wykorzystaniem enzymów lub kwasów. W przypadku wykorzystania enzymów należy wziąć pod uwagę ich wysoki koszt, natomiast w przypadku stosowania kwasów – konieczna jest ich późniejsza utylizacja, co również generuje dodatkowe wydatki.

Otrzymane po hydrolizie cukry proste są poddawane fermentacji przez drożdże lub bakterie, które należy dobrać odpowiednio pod produkt hydrolizy. Często bowiem zawiera on mieszankę różnych cukrów prostych i innych substancji, które są zanieczyszczeniami z punktu widzenia procesu. Te substancje mogą powodować również spowolnienie fermentacji lub być niestrawne dla stosowanych mikroorganizmów. Kluczowe dla procesu fermentacji są temperatura i pH. Otrzymaną po fermentacji mieszaninę należy później oczyścić podczas destylacji. Etap ten jest konieczny, ze względu na uzyskanie czystego i bezpiecznego etanolu. Podczas destylacji usuwana jest przede wszystkim woda i możliwe szkodliwe związki w mieszaninie pofermentacyjnej.

Bioetanol pozyskiwany z frytek

Z uwagi na dużą liczbę odpadów naukowcy z Chin przeprowadzili badania, mające na celu opracowanie skutecznej metody pozyskiwania bioetanolu z frytek. Zastosowali oni metodę oddzielnej hydrolizy i fermentacji (SHF), która umożliwia fermentację zarówno glukozy, jak i ksylozy, dzięki czemu otrzymuje się większą ilość etanolu. Badaniom poddano mieszaniny odpadów o różnych stężeniach (10%, 16% oraz 20%), a dodatkowo zbadano wpływ użycia ścieków komunalnych, zamiast wody kranowej, co mogłoby zwiększyć ilość fosforu i azotu w pożywce dla drożdży.

Odpady z frytek wraz ze ściekami po sterylizacji zostały poddane hydrolizie enzymatycznej, a następnie fermentacji za pomocą drożdży Saccharomyces cerevisiae. Najbardziej wydajny proces hydrolizy zaszedł dla mieszaniny o stężeniu 16% ­– przekształcone ponad  90% skrobi. W przypadku wyższego stężenia dochodziło do inhibicji pracy enzymu, ze względu na zbyt wysoką zawartość skrobi. Proces fermentacji zachodził natychmiastowo i z dużą szybkością. Podobnie jak w przypadku hydrolizy, najbardziej efektywny był dla stężenia 16% odpadów, również z uwagi na inhibicję drożdży pod wpływem zbyt dużego stężenia glukozy. Maksymalny stopień konwersji glukozy w etanol osiągnął ponad 94%, co jest lepszym wynikiem od dotychczas otrzymywanych, które to nie przekraczały 50%. Tak duża wydajność przypisywana jest wykorzystanej metodzie oraz zastosowaniu ścieków komunalnych, które zapewniają dodatkowe substancje odżywcze. Metoda ta, choć wymaga jeszcze wdrożenia na szeroką skalę przemysłową, jest obiecującą alternatywą dla pozyskiwania biopaliwa.

Źródła

Chen, X., Zheng, X., Pei, Y., Huang, J., Tang, J., Hou, P., & Han, W. (2022). Ethanol Production from the Mixture of Waste French Fries and Municipal Wastewater via Separate Hydrolysis and Fermentation. Applied Biochemistry and Biotechnology, 194(12), 6007-6020.

Aditiya, H. B., Mahlia, T. M. I., Chong, W. T., Nur, H., & Sebayang, A. H. (2016). Second generation bioethanol production: A critical review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 66, 631-653. 

Fot. https://unsplash.com/photos/VtHK0R6sARg

KOMENTARZE
news

<Luty 2023>

pnwtśrczptsbnd
1
2
3
4
5
8
9
11
12
13
15
16
18
19
20
21
25
26
1
3
4
5
Newsletter