Научная статья на тему 'ПОЛУЧЕНИЕ БИОЭТАНОЛА ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ ИЗ ШРОТА СЕМЯН БОБОВЫХ КУЛЬТУР'

ПОЛУЧЕНИЕ БИОЭТАНОЛА ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ ИЗ ШРОТА СЕМЯН БОБОВЫХ КУЛЬТУР Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
16
3
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ / ПЕРЕРАБОТКА / БИОЭТАНОЛ / ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗА / БОБОВЫЕ КУЛЬТУРЫ

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Орлов В. В., Ожимкова Е. В.

Огромный потенциал возобновляемой биомассы - одно из основных преимуществ России для успешного развития биоэнергетики. На сегодняшний день для производства биоэтанола целесообразно в качестве исходного сырья использовать непищевое сырье или отходы переработки пищевого сырья, в том числе - семян бобовых культур. В представленной работе изучено получение биоэтанола второго поколения с использованием шрота семян бобовых культур, который остается после извлечения из них белковых комплексов и крахмалов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Орлов В. В., Ожимкова Е. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PRODUCTION OF SECOND-GENERATION BIOETHANOL FROM LEGUME SEED MEAL

The huge potential of renewable biomass is one of the main advantages of Russia for the successful development of bioenergy. To date, it is advisable to use non-food raw materials or waste from the processing of food raw materials, including legume seeds, as feedstock for the production of bioethanol. In the present work, the production of second-generation bioethanol using legume seed meal, which remains after the extraction of protein complexes and starches from them, is studied.

Текст научной работы на тему «ПОЛУЧЕНИЕ БИОЭТАНОЛА ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ ИЗ ШРОТА СЕМЯН БОБОВЫХ КУЛЬТУР»

ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

УДК 664.22/27

Орлов В.В. аспирант Ожимкова Е.В., к.х. н.

доцент

кафедра «Биотехнологии, химии и стандартизации» Тверской государственный технический университет

Российская Федерация, г. Тверь

ПОЛУЧЕНИЕ БИОЭТАНОЛА ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ ИЗ ШРОТА

СЕМЯН БОБОВЫХ КУЛЬТУР

Аннотация: Огромный потенциал возобновляемой биомассы - одно из основных преимуществ России для успешного развития биоэнергетики. На сегодняшний день для производства биоэтанола целесообразно в качестве исходного сырья использовать непищевое сырье или отходы переработки пищевого сырья, в том числе - семян бобовых культур. В представленной работе изучено получение биоэтанола второго поколения с использованием шрота семян бобовых культур, который остается после извлечения из них белковых комплексов и крахмалов.

Ключевые слова: ресурсосбережение, переработка, биоэтанол, лигноцеллюлоза, бобовые культуры.

Orlov V. V. postgraduate student Ozhimkova E. V., Ph.D. associate professor

department of biotechnology, chemistry and standardization

Tver State Technical University

PRODUCTION OF SECOND-GENERATION BIOETHANOL FROM

LEGUME SEED MEAL

Abstract: The huge potential of renewable biomass is one of the main advantages of Russia for the successful development of bioenergy. To date, it is advisable to use non-food raw materials or waste from the processing of food raw materials, including legume seeds, as feedstock for the production of bioethanol. In the present work, the production of second-generation bioethanol using legume seed meal, which remains after the extraction of protein complexes and starches from them, is studied.

Keywords: resource conservation, processing, bioethanol, lignocellulose, legumes.

Процесс предварительной обработки является ключевым технологическим этапом биоконверсии лигноцеллюлозы в биотопливо. На сегодняшний день наиболее распространенными методами предобработки лигноцеллюлозного сырья для производства этанола является измельчение, обработка паром, разрушение лигноцеллюлозы аммиаком, обработка сырья с применением сверхкритического углекислого газа, щелочной гидролиз, предварительная обработка горячей водой, органосольвентные процессы, влажное окисление, озонолиз, гидролиз разбавленными и концентрированными кислотами [1]. Основными недостатками указанных методов предварительной обработки являются большой расход энергоресурсов, дорогостоящих и довольно агрессивных реагентов, что в свою очередь приводит к формированию в реакционной среде различных типов ингибиторов, таких как карбоновые кислоты, фураны и фенольные соединения. Эти вещества подавляют рост микроорганизмов - продуцентов этилового спирта, результатом чего может стать снижение выхода целевого продукта [1-4].

Биоконверсия линглоцеллюлозной биомассы в биоэтанол является приоритетной областью научных исследований. Лигноцеллюлозный этанол производится из недорогого и широкодоступного сырья, которое может снизить зависимость от ископаемого топлива. Использование биоэтанола в качестве топлива способствует снижению загрязнений окружающей среды, поскольку выбросы CO2 при сжигании биоэтанола равны объему CO2, которое растения поглощают из атмосферы во время фотосинтеза. Этанол в качестве биотоплива позволяет снизить в бензине содержание ароматических углеводородов, повысить октановое число. Кроме того, развитие биотопливной промышленности в мире становится экономически выгодным при растущих мировых ценах на углеводородное сырье [2].

Основные варианты применения биоэтанола в качестве топлива:

• как добавка к бензину от 5 до 15% для использования в обыкновенных бензиновых двигателях.

• в виде смесей с содержанием этанола до 85% для использования в автомобилях с двигателями с универсальным потреблением топлива.

• для синтеза этилтретбутилового эфира - высокооктанового компонента бензина [1,3].

По мнению ряда ученых [1-4], среди всех видов биотоплив наибольший потенциал имеет биоэтанол. Перспективность использования его как экологически чистого топлива, а также как сырья для химической промышленности, способствовала резкому увеличению в ряде стран финансовых затрат на соответствующие программы. Уже более половины

этанола, производимого в мире, используется в качестве добавки к топливу (бензину) для двигателей внутреннего сгорания и лишь около 15% - для производства спиртных напитков. В настоящее время производство биоэтанола является наиболее динамично развивающимся сектором биотопливной отрасли.

Согласно оценкам экспертов, к 2030 году выпуск биотоплива в мире составит 150 млн т при ежегодном приросте производства 7 -9%. При этом преимущество будет иметь биоэтанол, т.к. себестоимость его производства снижается быстрее, чем себестоимость производства биодизеля [1]. Для производства целлюлозного этанола, который является одним из наиболее многообещающих источников «чистой и дешевой энергии», возможно, в принципе, использовать самое разнообразное сырье (например, жмыхи, солому, шелуху и т.д.), что в свою очередь позволяет избежать дилеммы «топливо против пищи», которая являлась серьезной проблемой при производстве биоэтанола первого поколения из пищевого сырья.

Были проведены эксперименты по получению биоэтанола, в которых использовалось дополнительное осахаривание (нагрев и выдерживание реакционной среды) лигноцеллюлозного сырья и эксперименты без указанной стадии.

В представленной работе для получения биоэтанола использован шрот семян бобовых, который остался после ультразвуковой экстракции белковых комплексов и крахмалов. После обработки ультразвуком в растительной биомассе, остающейся после извлечения целевых компонентов, появляются четко выраженные изменения в структуре биоматериала, что и озволяет использовать данные растительные отходы для получения биотоплив. При получении биоэтанола с дополнительной стадией осахаривания можно отметить, что через 4 ч осахаривания (для шрота зеленого гороха) и через 6 ч (для шрота желтого гороха) происходит увеличение концентрации редуцирующих веществ, а затем до происходит их накопление в среде до 18 (для шрота зеленого гороха) и 20 ч (для шрота желтого гороха). Максимальная концентрация редуцирующих веществ была отмечена в экспериментах со шротом зеленого гороха в среде с исходной концентрацией субстрата 80 г/л. При выполнении экспериментов с использованием стадии осахаривания удалось получить бражку с содержанием этанола 1,8±0,05 об %.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-08-00336.

Использованные источники: 1. An update on sulfite pretreament of lignocellulosic biomass for effective production of cellulose ethanol / X. Pan [etc] // Proceeding of the 16 ISWFPC. Tianjin - 2011 - P. 968-972.

2. A critical review of the effects of pretreatment methods on the exergetic aspects of lignocellulosic biofuels / S. Soltaniana [etc] // Energy Conversion and Management - 2020. - Vol.212. - P.112792.

3. Lignocellulose: A sustainable material to produce value-added products with a zero waste approach. A review / A. Arevalo-Gallegosa [etc] // International Journal of Biological Macromolecules - 2017. - Vol. 99. - Р. 308-318.

4. Lignocellulosic biomass for bioethanol: Recent advances, technology trends, and barriers to industrial development. Review article / T.Su [etc] // Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry - 2020- Vol. 24 - Р. 56-60.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.