بهبود فرایند تولید زیستی استن، بوتانول و اتانول از مواد لیگنوسلولزی

تولید مخلوط حلال های صنعتی شامل استن، بوتانول و اتانول، به عنوان یک صنعت موفق تخمیری پیشینه طولانی دارد. در ابتدای دهه 1960 با افزایش قیمت سوبسترای مورد استفاده در آن زمان (ذرت و ملاس) و تولید پتروشیمیایی ارزان قیمت بوتانول و استن، این صنعت توانایی رقابت اقتصادی را از دست داد. با توجه به نقش تعیین کننده ی هزینه ماده اولیه در این فرایند، به کارگیری مواد لیگنوسلولزی به عنوان منبع کربنی ارزان قیمت در سال های اخیر به منظور تولید حلال ها و به ویژه بوتانول به عنوان یک سوخت زیستی پیشرفته پیشنهاد شده است. گلوکز یکی از برترین منابع کربنی باکتری تولید کننده حلال ها، از سلولز که بیش از 45 % مواد لیگنوسلولزی خام و گاهی تا 70 % از مواد فراوری شده را تشکیل داده است، قابل تولید می باشد. با توجه به اهمیت تبدیل مناسب سلولز به گلوکز، در این رساله ابتدا به کارگیری پیش فراوری جهت بهبود بازده تولید گلوکز از سلولز بررسی شد. پس از پیش فراوری با حلال سلولز، تولید گلوکز از سلولز به روش آنزیمی با بازده های 85 و 95 % به ترتیب با استفاده از 5 و 15 واحد آنزیم سلولاز بر گرم سلولز بدست آمد. همچنین با به کارگیری پیش فراوری بازده آبکافت اسیدی رقیق تا 43% افزایش یافت. پس از بررسی تبدیل سلولز به گلوکز، فرایندهای مختلفی جهت تبدیل مناسب سه ماده لیگنوسلولزی کاه برنج (ضایعات کشاورزی)، کاج (چوب نرم) و نارون (چوب سخت) به محلول های قندی قابل تخمیر بررسی شدند. محلول های قندی حاصل شده توسط باکتری کلستریدیوم استوبوتیلیکم تخمیر گردیدند. باکتری تولید کننده حلال قادر به تخمیر مناسب قندهای پنج کربنه همی سلولزی است، با این وجود اثرات منفی بازدارنده های فنولی ناشی از لیگنین بر این باکتری بسیار شدید است. بنابراین در این رساله فرایندهایی با هدف حذف لیگنین، بازیابی حداکثر قندهای همی سلولزی و آبکافت بهینه سلولز پیشنهاد شدند و مورد ارزیابی قرارگرفتند. سه نوع پیش فراوری اسید رقیق، آبکافت خودبه خودی، پیش فراوری با حلال آلی و همچنین تلفیق آن ها و سه نوع آبکافت اسید رقیق، خودبه خودی و آنزیمی در قالب ده فرایند بررسی شدند. از میان فرایندهای به کارگرفته شده برای تولید حلال ها از کاه برنج ، پیش فراوری با حلال آلی (180 درجه سانتی گراد، 30 دقیقه)، آبکافت آنزیمی و سپس تخمیر بهترین نتیجه (124 گرم حلال از هر کیلوگرم کاه برنج) را در پی داشت. آبکافت تلفیقی خودبه خودی-آنزیمی و تخمیر منجر به تولید 105 گرم حلال از هر کیلوگرم چوب کاج شد. با به کارگیری فرایند آبکافت خودبه¬خودی، پیش فراوری با حلال و آبکافت آنزیمی با استفاده از 5 % مواد فراوری شده در محلول قندی حاصل از آبکافت خودبه خودی و تخمیر، 137 گرم حلال از هر کیلوگرم چوب نارون با غلظت 1/10 گرم بر لیتر بدست آمد. استفاده از این فرایند با به کارگیری 8 % جامد در آبکافت آنزیمی منجر به تولید 108 گرم حلال از هر کیلوگرم نارون با غلظت 7/12 گرم بر لیتر شد. تغییر خواص مواد در طی فرایندها با استفاده از روش های مختلف sem، ftir، تعیین ترکیب درصد و قابلیت تورم اندازه گیری شد و تاثیر آن ها در بهبودهای حاصل شده بررسی شد.