STRESZCZENIE 1

STRESZCZENIE

Technologia otrzymywania bioetanolu II generacji jest obecnie w obszarze zainteresowań wielu ośrodków badawczych na świecie. Biopaliwa produkować można z lignocelulozowych surowców organicznych niespożywczych, a skład oraz ogromne ilości biomasy lignocelulozowej obecnej na całym świecie, jej odnawialność oraz niekonsumpcyjny charakter są głównymi argumentami za wykorzystaniem jej w kierunku produkcji bioetanolu. Odpadowa biomasa lignocelulozowa stanowi produkt uboczny głównie w przemyśle owocowo-warzywnym, gorzelniczym i skrobiowym. Do odpadów lignocelulozowych zalicza się również odpady z przetwórstwa drewna (np. trociny), produkcji papieru i tektury oraz domowe odpadki żywnościowe i ścieki lignocelulozowe.

Celem badań było ustalenie warunków obróbki wstępnej, hydrolizy enzymatycznej oraz fermentacji etanolowej wybranych surowców lignocelulozowych, pozwalających na wydajną konwersję ich biomasy do etanolu.

Surowcem w badaniach były odpady lignocelulozowe, stanowiące produkty uboczne przemysłu drzewnego (wióry osikowe, brzozowe, dębowe) i gorzelniczego (wywar gorzelniczy), a także biomasa konopi włóknistych, odznaczająca się wysokim potencjałem do biokonwersji na bioetanol.

Pierwszym etapem badań było określenie skuteczności działania komercyjnych preparatów celulolitycznych na biomasę lignocelulozową. Badano ich aktywności w warunkach in vitro oraz w hydrolizie stosowanych surowców. Wykazano, że wysoka aktywność preparatu in vitro nie gwarantuje skutecznej hydrolizy surowców lignocelulozowych, dlatego ważnym etapem było ustalenie ich skuteczności w stosunku do badanych substratów.

STRESZCZENIE 2

Kolejny etap doświadczeń stanowiła ocena wpływu metody wstępnej obróbki biomasy na efektywność hydrolizy enzymatycznej. Analizowano wpływ działania kwasu siarkowego, wodorotlenku sodu, autohydrolizy, a także obróbki mikrofalowej i sonifikacji, na stopień rozluźnienia kompleksu lignocelulozowego, pozwalającego zwiększyć efektywność hydrolizy. Wykazano, że w przypadku odpadów drzewnych oraz konopi włóknistych, najefektywniejsza była obróbka z wykorzystaniem NaOH, natomiast w przypadku biomasy wywaru gorzelniczego, ta metoda obróbki powodowała znaczne straty cukrów redukujących. Stwierdzono również, że obróbka z wykorzystaniem kwasu siarkowego prowadzi do uwolnienia znacznych ilości związków wpływających inhibująco na fermentację etanolową.

Oceniając przydatność badanych surowców do hydrolizy enzymatycznej wykazano, że najwyższe wydajności hydrolizy uzyskano poddając obróbce biomasę konopi włóknistych (do 95%). Wykorzystanie odpadów przemysłu drzewnego skutkowało maksymalną wydajnością na poziomie od 55% (wióry brzozowe i dębowe) do 80% (wióry osikowe). Hydroliza wywaru gorzelniczego pozwoliła uzyskać maksymalnie ok. 40% wydajność procesu.

Ostatnim etapem badań była fermentacja uzyskanych hydrolizatów. Najwyższe wydajności (43 – 68% wydajności teoretycznej) uzyskano w wyniku obróbki konopi włóknistych. Wydajność fermentacji odpadów drzewnych wynosiła od 20% do 68%, a wywaru gorzelniczego od 20% do 45%. Biorąc pod uwagę sposób obróbki, najlepsze wyniki uzyskano stosując na biomasę dębu oraz konopi metodę autohydrolizy (Steam Explosion).

Dodatkowo określono wpływ produktów rozkładu kompleksu lignocelulozowego, tj. związków furanowych (furfural,

STRESZCZENIE 3

5-hydroksymetylofurfural), związków fenolowych (wanilina, aldehyd 4-hydroksybenzoesowy) i kwasów alifatycznych (kwas octowy) na fermentacje prowadzone przez drożdże z gatunku Saccharomyces cerevisiae, rasy Thermosacc Dry. Wykazano, że dodatek do podłoża furfuralu, 5-hydroksymetylofurfuralu oraz waniliny w ilościach do 3 g/l, nie powodował znacznego obniżenia ilości wytworzonego etanolu, powodował natomiast wydłużenie fazy adaptacyjnej fermentacji. Aldehyd 4-hydroksybenzoesowy w dawce 0,5 g/l działał stymulująco na proces fermentacji, natomiast dawka 2 g/l wpływała na znaczne wydłużenie fazy adaptacyjnej oraz obniżenie wydajności o ok. 70%. Dodatek kwasu octowego w stężeniu 10 g/l powodował całkowite zahamowanie procesu.

W pracy wykazano, że odpowiednio dobrana obróbka wstępna pozwala na uzyskanie satysfakcjonujących wydajności hydrolizy enzymatyczneji następującej po niej fermentacji etanolowej.