تولید اتانول به وسیله بیوراکتورهای غشایی در مقیاس آزمایشگاهی

بزودی منابع سوخت های فسیلی مانند نفت، زغال سنگ و گاز طبیعی پایان می پذیرد و بشر برای تأمین منابع انرژی خود، باتوجه به بحران انرژی در دنیا، نیازمند رو آوردن به منابع جدید دیگر به خصوص منابع تجدیدپذیر می باشد. از طرف دیگر، با توجه به آلودگی های زیست محیطی دراثر مصرف سوخت های فسیلی و همچنین گرم شدن زمین در اثر گازهای گلخانه ای، تولید بیواتانول از منابع زیستی به عنوان سوخت مناسب جایگزین بنزین و یا مکمل آن بسیار مورد توجه قرار گرفته است. فرآیندهای سنتی تخمیر اتانول معایب زیادی را به دنبال دارد مانند: نیاز به فرآیندهای پایین دستی به منظور تخلیص و یا تغلیظ اتانول تولیدشده، هزینه بالای تجهیزات و کارگران، عدم امکان استفاده مجدد از میکروارگانبسم ها و مهمترین آن ها بهره دهی پایین اتانول به دلیل ممانعت بیولوژیکی منبع قندی (سوبسترا) و تجمع اتانول در محیط کشت داخل بیوراکتور که خود باعث ممانعت در رشد میکروارگانیسم ها و تولید محصول بیشتر می شود. بنابراین بهبود بهره دهی، نیازمند حذف همزمان محصول (اتانول) از محیط داخل بیوراکتور همزمان با تشکیل آن است. تکنولوژی غشایی یکی از کاراترین و اقتصادی ترین فرآیندها در تولید بیواتانول می باشد. تلفیق جداسازی غشایی با یک فرآیند بیولوژیکی در یک واحد منفرد، یکی از جالب ترین آرایش ها برای واکنش هایی است که در آن زدودن پیوسته محصول بیولوژیکی به محض تشکیل آن، برای دستیابی به بهره دهی بالا نیاز است. این طراحی باعث کاهش ممانعت بیولوژیکی سوبسترا و محصول، افزایش رشد و غلظت سلولی، افزایش بهره دهی محصول (ااتانول)، حذف فرآیند پایین دستی، سادگی عملکرد سیستم و درنهایت اقتصادی تر شدن فرآیند می گردد. در این تحقیق به بررسی تولید بیواتانول با استفاده از بیوراکتور غشایی پرداخته شد. بدین منظور، ابتدا بهترین شرایط تولید اتانول با استفاده از منبع کربنی گلوکز تعیین گردید. درادامه طراحی و ساخت یک بیوراکتور غشایی و یک واحد تراوش تبخیری با استفاده از غشای ترکیبی pdms انجام شد. سپس به بررسی تولید بیواتانول به صورت ناپیوسته و پیوسته در بیوراکتور غشایی پرداخته و نتایج عملکرد آن با بیوراکتور سنتی تحت شرایط عملیاتی یکسان مقایسه گردید. نتایج نشان داد که در فرآیند ناپیوسته، بهره دهی اتانول تولیدی در بیوراکتور غشایی 83/26% و در فرآیند پیوسته 22%-7% نسبت به بیوراکتور سنتی افزایش یافت. همچنین، غلظت اتانول در سمت تراوشی 6 تا 7 برابر غلظت آن در داخل بیوراکتور بوده است. در ادامه با تعیین معادلات سینتیک رشد در هر دو سیستم، حداکثر رشد ویژه سلولی در بیوراکتور غشایی بیشتر از بیوراکتور سنتی حاصل شد. به علاوه، نتایج نشان داد که بیوراکتور غشایی قادر به تولید بیواتانول حتی در غلظت های بالای منبع قندی، افزایش غلظت سلولی، رفع ممانعت بیولوژیکی سوبسترا و محصول و افزایش بهره دهی تولید اتانول می باشد.