بهبود تولید اتانول و بیوگاز از چوب درخت کاج با استفاده از پیش فرآوری قلیایی و اسیدی

امروزه با افزایش مصرف سوخت و با توجه به محدود بودن سوخت های فسیلی و تجدید ناپذیر و ایجاد مشکلات زیست محیطی ناشی از آن ها، تقاضا برای سوخت های تجدید پذیر و پاک مانند بیوگاز و اتانول افزایش یافته است. با توجه به در دسترس بودن و فراوانی مواد خام لیگنوسلولزی و قیمت پایین آن ها، استفاده از این مواد می تواند مشکلات تولید بیوگاز و اتانول را تا حدودی برطرف و آن را اقتصادی کند و همچنین به کاهش آلودگی های محیط زیست کمک نماید. در این پژوهش از چوب درخت کاج به عنوان یک ماده لیگنوسلولزی برای تولید اتانول و بیوگاز استفاده شد. برای بهبود راندمان، پیش فرآوری قلیایی و اسیدی توسط هیدروکسید سدیم و اسیدسولفوریک به کار گرفته شد. بعد از پیش فرآوری، قسمت جامد آن برای تولید اتانول، تحت هیدرولیز آنزیمی و تخمیر جداگانه قرار گرفت. همچنین محلول قندی به دست آمده از پیش فرآوری ها برای تولید بیوگاز استفاده شد. پیش¬فرآوری ها در دماهای 140،100 و 180 درجه سانتی گراد و با غلظت¬های صفر، 1 و 2 درصد وزنی-حجمی هیدروکسید سدیم و همچنین صفر، 25/0، 5/0 درصد وزنی-وزنی اسید سولفوریک انجام شد. زمان پیش فرآوری قلیایی 1، 2 و 5 ساعت و مدت زمان پیش فرآوری اسیدی 5، 10 و 30 دقیقه بود. پیش فرآوری ها در رآکتور تحت فشار انجام گرفت. محلول قندی حاصل از پیش فرآوری بعد از سم زدایی و خنثی سازی برای تجزیه بی هوازی و تولید بیوگاز مورداستفاده قرار گرفت. نمونه های پیش فرآوری شده و نشده جامد به منظور تعیین میزان گلوکز تولیدی به مدت 72 ساعت در دمای 45 درجه سانتی گراد توسط آنزیم های سلولاز و بتا گلوکسیداز هیدرولیز شدند. بهترین نمونه¬ها ازنظر میزان تولید قند و تولید بیوگاز در آزمایش های جداگانه ای مورد هیدرولیز آنزیمی و تخمیر جداگانه توسط مخمر ساکارومایسیس سرویسیه در دمای 32 درجه سانتی گراد به منظور تولید اتانول قرار گرفتند. بهترین نمونه در تولید قند نمونه¬ی پیش¬فرآوری شده توسط هیدروکسید سدیم با غلظت 2 درصد در دمای 180 درجه سانتی گراد بود. بیشترین میزان بازده هیدرولیز آنزیمی برای این حالت 78 درصد به دست آمد، درحالی که برای چوب پیش فرآوری نشده این مقدار برابر با 9/7 درصد بود. بهترین نتایج حاصل از تخمیر مربوط به همین پیش-فرآوری بود که تولید اتانول حدود 17 گرم در لیتر و بازده آن 5/86 درصد به دست آمد. بیشترین میزان بیوگاز تولیدی 275 میلی لیتر به ازای هر گرم جامد فرار مربوط به پیش¬فرآوری شده توسط اسیدسولفوریک با غلظت 5/0 درصد در دمای 140 درجه سانتی گراد و به مدت زمان 5 دقیقه بود. با انجام آنالیز کربوهیدرات ها و لیگنین به روش nrel و تعیین اجزای تشکیل دهنده مواد لیگنوسلولزی، مشخص شد که در هردوی پیش فرآوری ها، حذف 100 درصدی همی سلولز به وقوع پیوسته، درحالی که لیگنین قابل توجهی از نمونه ها جدا نشده است.