Lignoselluloosa

Lignoselluloosa on kasvikuiva-aine ( biomassa ), jota kutsutaan myös lignoselluloosabiomassaksi. Se on maapallon saatavilla olevin raaka-aine biopolttoaineiden , pääasiassa etanolin , valmistukseen . Se koostuu hiilihydraattipolymeereistä ( selluloosa , hemiselluloosa ) ja aromaattisesta polymeeristä ( ligniini ). Nämä hiilihydraattipolymeerit sisältävät erilaisia ​​monosakkarideja (kuusi ja viisi hiiliatomia) ja liittyvät läheisesti ligniiniin. Lignoselluloosabiomassa jaetaan neitseelliseen biomassaan, jalostettuun biomassaan ja energiakasveihin . Puhdas biomassa sisältää kaikki luonnolliset maan kasvit, kuten puut, pensaat ja ruoho. Kierrätetty biomassa on vähäarvoinen sivutuote eri teollisuudenaloilla, kuten maataloudessa ( maissi , sokeriruo'osta peräisin oleva bagassi, olki jne.) ja metsätaloudessa ( sahojen ja paperitehtaiden jäte ). Energiakasvit ovat kasveja, jotka tuottavat runsaasti lignoselluloosapitoista biomassaa ja joita saadaan toisen sukupolven biopolttoaineiden tuotannon raaka-aineeksi. esimerkkejä ovat hirssi ( villihirssi ) ja elefanttiruoho .

Erikoisenergiakasvit

Monet viljelykasvit ovat kiinnostavia niiden kyvyn vuoksi tuottaa suuria biomassasatoja, ja niitä voidaan korjata useita kertoja vuodessa. Näitä ovat poppeli ja miscanthus . Pääenergiakasvi on sokeriruoko , joka on helposti käymiskykyisen sakkaroosin ja bagassin lignoselluloosasivutuotteen lähde.

Sovellus

Massa- ja paperiteollisuus

Lignoselluloosabiomassa on massa- ja paperiteollisuuden raaka-aine . Tämä energiaintensiivinen teollisuus keskittyy biomassan ligniini- ja selluloosafraktioiden erottamiseen.

Biopolttoaineet

Lignoselluloosabiomassalla puupolttoaineena on pitkä historia energialähteenä. 1900-luvun puolivälistä lähtien kiinnostus biomassaa kohtaan nestemäisten polttoaineiden esiasteena on lisääntynyt. Erityisesti lignoselluloosabiomassan fermentointi etanoliksi [1] on hyödyllistä fossiilisia polttoaineita täydentävien polttoaineiden tuotannossa . Biomassa voi olla pitkällä aikavälillä hiilineutraali energialähde. Biomassan lähteestä riippuen se ei kuitenkaan ole hiilineutraalia lyhyellä aikavälillä. Esimerkiksi, jos biomassa on peräisin puista, niin aika, jonka aikana puu kasvaa uudelleen (suuruusluokkaa vuosikymmeniä), johtaa hiilidioksidin nettolisäykseen maapallon ilmakehässä , kun lignoselluloosapitoista etanolia poltetaan. Jos kuitenkin käytetään vuosittaisten viljelytähteiden puumateriaalia, polttoainetta voidaan pitää hiilineutraalina. Etanolin lisäksi monet muut lignoselluloosasta johdetut polttoaineet ovat kiinnostavia, mukaan lukien butanoli , dimetyylifuraani ja gamma-valerolaktoni . [2]

Yksi este etanolin tuotannolle biomassasta on, että käymiseen tarvittavat sokerit jäävät lignoselluloosan sisään. Lignoselluloosa on kehittynyt vastustamaan hajoamista ja antamaan kasvien soluseinille hydrolyyttistä stabiilisuutta ja rakenteellista vakautta. Tämä stabiilius tai "päpinäisyys" johtuu polysakkaridien (selluloosa ja hemiselluloosa) ja ligniinin välisestä vahvasta sidoksesta esteri- ja esterisidosten kautta. [3] Esterisidoksia esiintyy hapettuneiden sokereiden, uronihappojen , fenolien ja ligniinin fenyylipropanolien välillä. Käymiskykyisten sokereiden uuttamiseksi on ensin erotettava selluloosa ligniinistä ja sitten happamilla tai entsymaattisilla menetelmillä hydrolysoitava vasta vapautuneet selluloosat hajottamaan ne yksinkertaisiksi monosakkarideiksi. Toinen ongelma biomassan käymisessä on korkea pentoosien prosenttiosuus hemiselluloosassa, kuten ksyloosissa tai puusokerissa. Toisin kuin heksoosit, kuten glukoosi, pentooseja on vaikea fermentoida. Ligniini- ja hemiselluloosafraktioihin liittyvät ongelmat ovat monien nykyaikaisten tutkimusten kohteena.

Suuri osa lignoselluloosabiomassan käyttöä bioetanolin raaka-aineena koskevassa tutkimuksessa keskittyy erityisesti sellulolyyttisistä ominaisuuksistaan ​​tunnettuun Trichoderma reesei -sieneen. Parhaillaan tutkitaan erilaisia ​​​​suuntia, mukaan lukien T. reeseista eristettyjen sellulaasien ja hemisellulaasien optimoidun cocktailin kehittäminen sekä geenitekniikkaan perustuvan kannan parantaminen, jolloin sieni voi yksinkertaisesti lisääntyä lignoselluloosabiomassassa ja hajottaa aine D - glukoosimonomeereiksi [4] Menetelmien kehittyminen johti sellaisten kantojen syntymiseen, jotka pystyivät tuottamaan merkittävästi enemmän sellulaaseja kuin alkuperäinen QM6a-isolaatti; Tiedetään, että jotkin teollisuuskannat tuottavat jopa 100 g sellulaasia litraa kohden sieniä, mikä mahdollistaa maksimaalisen sokerien uuttamisen lignoselluloosabiomassasta. Nämä sokerit voidaan sitten fermentoida bioetanolin luomiseksi.

Biokomposiitit

Lignoselluloosabiomassat kiinnittävät huomiota myös biokomposiittimateriaalien, kuten lastulevyjen, puu-muovikomposiittien ja sementti-geopolymeeripuukomposiittien valmistukseen. Vaikka biokomposiittimateriaalien tuotanto perustuu pääosin puuvaroihin, vähemmän metsäisissä maissa tai maissa, joissa puuvaroja käytetään jo liikaa, vaihtoehtoisia biomassalähteitä, kuten invasiivisia kasveja, maatalous- ja sahajätteitä, voidaan käyttää uusien "vihreiden" komposiittien luomiseen. Biokomposiitit, jotka valmistetaan käyttämällä lignoselluloosabiomassaa vaihtoehtona perinteisille materiaaleille, herättävät huomiota, koska ne ovat uusiutuvia ja halvempia, ja koska ne sopivat täydellisesti resurssien "kaskadikäytön" politiikkaan.

Muistiinpanot

  1. ↑ Carroll, Andrew; Somerville, Chris (kesäkuu 2009). Selluloosa biopolttoaineet. Kasvibiologian vuosikatsaus . 60 (1): 165-182. DOI : 10.1146/annurev.arplant.043008.092125 .
  2. ↑ Barbara A. Tokay "Biomass Chemicals" julkaisussa Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi : 10.1002/14356007.a04_099
  3. ↑ Selluloosaetanolin biologisten esteiden rikkominen: yhteinen tutkimusohjelma. Raportti joulukuun 2005 työpajasta (PDF) (kesäkuu 2006). Käyttöpäivä: 19. tammikuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 7. helmikuuta 2017.
  4. ↑ Monot, Frederic; Margeot, Antoine Biopolttoaineet muuttuvat sieniksi - Haastattelu Frédéric Monotin ja Antoine Margeotin kanssa, IFPEN:n Applied Chemistry and Physical Chemistry Division . IFP Energies nouvelles . Haettu 17. heinäkuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 27. tammikuuta 2018.

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
 kasvisolu
Organellit kasvisolu
soluseinän
Aineet
rakenteet

Kasvisolujen jakautuminen
Erikoisvaiheet
rakenteet