بهبود تولید بیوگاز و اتانول از ساقه سورگوم شیرین با استفاده از پیش فرآوری با حلال آلی

سورگوم شیرین یک گیاه انرژی زاست و یک منبع بسیار مناسب برای تولید اتانول و بیوگاز محسوب می شود. سورگوم شیرین غالبا از مواد قندی، نشاسته، سلولز ، همی سلولز و لیگنین تشکیل شده است. پیش فرآوری مستقیم ساقه سورگوم شیرین به دلیل حضور همزمان قندهای آزاد و لیگنین معمولا پیچیده است .این پیچیدگی به این علت است که پیش فرآوری های معمول هر چند ساختار لیگنوسلولزی سورگوم را تخریب می کند و دسترسی به سلولز را افزایش می دهد اما باعث استخراج قندهای آزاد از ساقه سورگوم شده و میزان بازده تولید متان و اتانول را به شدت کاهش می دهد. در این پژوهش تاثیر پیش فرآوری با حلال آلی اتانول (organosolv)، برای بهبود تولید بیوگاز و اتانول بررسی شد. در مرحله اول تاثیر دما (oc100،120،140،160) وغلظت اتانول (50 ،70 % ) و حضورکاتالیست اسیدسولفوریک در بهبود تولید بیوگاز از جامد حاصل از پیش فرآوری بررسی شد. پیش فرآوری در یک مخزن فشار بالا از جنس فولاد ضد زنگ که دارای دماسنج و فشارسنج است به عنوان راکتور ناپیوسته انجام شد. آزمایشات بیوگاز در راکتورهای 118 میلی-لیتری در حالت ناپیوسته در شرایط معتدل دوست (37 درجه سانتیگراد) انجام شد. گاز حاصل به کمک دستگاه gc آنالیز شد. تولید بیوگاز با افزایش دمای پیش فرآوری در حالت بدون کاتالیست افزایش یافت. نمونه ی فرآوری شده در دمای oc160 و غلظت اتانول 50 % و در غیاب اسید سولفوریک با تولیدml/g vs)) 4/ 155 متان بیشترین میزان تولید را در بین جامدهای فرآوری شده نسبت به نمونه ی پیش فرآوری نشده داشت ( 100 % بیشتر از نمونه ی پیش فرآوری نشده)متان تولیدی در این حالت 51 % میزان تئوری بود. نمونه-های دارای کاتالیست(1 % اسیدسولفوریک)در دماهای پایین (oc100،120) بازدهی بیوگاز بهتری را نسبت به نمونه های بدون کاتالیست داشتند؛ اما در دماهای بالا وجود اسید تاثیر منفی داشته تا آنجا که در نمونه یoc160 تولید متان کمتر از نمونه پیش فرآوری شده بود و دلیل این امر احتمالا حذف همی سلولز و قندهای آزاد از ساختار سورگوم و تخریب بیش از حد آنهاست که موجب کاهش تولید متان می شود. در مرحله دوم از مخلوط مایع (پس از تقطیر) و جامد پیش فرآوری شده برای تولید بیوگاز استفاده شد. افزایش مایع پیش-فرآوری به جامد فرآوری شده بدلیل داشتن قندهای گلوکز، فروکتوز و ساکاروز موجب بهبود قابل توجه در تولید بیوگاز شد و نمونه-یoc160، غلظت 50 % اتانول و بدون کاتالیست بیشترین تولید متان را داشت((ml/g vs ) 7/278 ). این مقدار 270 % بیشتر از نمونه ی پیش فرآوری نشده و 92 % میزان متان تئوری است. دلیل افزایش تولید متان کاهش لیگنین در ساختار سورگوم و نیز جلوگیری از هدر رفتن قندهای آزاد و همی سلولز با اضافه نمودن مایع پیش فرآوری بود. در مرحله سوم از مایع پیش فرآوری و جامد فرآوری شده به صورت جداگانه برای تولید اتانول استفاده شد. مایع پیش فرآوری پس از تقطیر در خلا بدلیل داشتن قندهای آزاد گلوکز، فروکتوز و ساکاروز به صورت مستقیم بوسیله ی مخمر ساکارومایسیس سرویسیه تخمیر شد، اما جامد فرآوری شده در ابتدا تحت هیدرولیز آنزیمی در دمایoc45 به مدت 96 ساعت با استفاده از fpu/g 20 آنزیم سلولاز و/g iu50 آنزیم بتاگلوکوسیداز قرار گرفت و سپس محلول قند حاصل تخمیر شده و اتانول تولید شد. در تخمیر مستقیم مایعات پیش فرآوری، نمونه ی حاصل از پیش فرآوری در oc100، غلظت 50 % اتانول و بدون کاتالیست با بازده 4/65 % بیشترین بازده را در تولید اتانول داشت و در بین جامدهای فراوری شده نمونه یoc140، غلظت 50 % و 1 % اسید با بازده 5/72% دارای بیشترین بازده در تولید اتانول بود. آنالیز داده ها نشان می دهدکه افزایش تولید بازده اتانول در پیش فرآوری با 1% کاتالیست اسید سولفوریک احتمالا به این دلیل است که وجود اسید با حذف بیشتر لیگنین و همی سلولز سطح دسترسی آنزیم ها را به سلولز افزایش بیشتری می دهد.