Лигноцеллюлозная биомасса

Лигноцеллюлоза относится к сухому веществу ( биомассе ) растений , так называемой лигноцеллюлозной биомассе. Это наиболее широко доступное сырье на Земле для производства биотоплива , в основном биоэтанола . Он состоит из углеводных полимеров ( целлюлоза , гемицеллюлоза ) и ароматического полимера ( лигнин ). Эти углеводные полимеры содержат различные сахарные мономеры (шесть и пять углеродных сахаров), и они прочно связаны с лигнином. Лигноцеллюлозную биомассу можно в широком смысле разделить на первичную биомассу, отходы биомассы и энергетические культуры.. Девственная биомасса включает все встречающиеся в природе наземные растения, такие как деревья, кусты и травы. Биомассы отходов производятся в качестве побочного продукта значения низкого различных отраслей промышленности , таких как сельское хозяйство ( стебли кукурузы , сахарного тростник жом , солома и т.д.) и лесное хозяйство ( лесопилки и бумажной фабрика выкидывает). Энергетические культуры - это культуры с высоким выходом лигноцеллюлозной биомассы, которые служат сырьем для производства биотоплива второго поколения; Примеры включают просо ( Panicum virgatum ) и слоновью траву .

Выделенные энергетические культуры [ править ]

Многие культуры интересны своей способностью обеспечивать высокие урожаи биомассы и могут собираться несколько раз в год. К ним относятся тополь и мискантус гигантский . Главной энергетической культурой является сахарный тростник , который является источником легко ферментируемой сахарозы и лигноцеллюлозного побочного продукта жома .

Заявление [ править ]

Целлюлозно-бумажная промышленность [ править ]

Лигноцеллюлозная биомасса является сырьем для целлюлозно-бумажной промышленности . Эта энергоемкая отрасль сосредоточена на разделении лигниновой и целлюлозной фракций биомассы.

Биотопливо [ править ]

Лигноцеллюлозная биомасса в виде древесного топлива имеет долгую историю как источник энергии. С середины 20 века возрос интерес к биомассе как к прекурсору жидкого топлива. В частности, ферментация лигноцеллюлозной биомассы до этанола ^[1] является привлекательным способом получения топлива, которое дополняет ископаемое топливо . В долгосрочной перспективе биомасса может быть углеродно-нейтральным источником энергии. Однако в зависимости от источника биомассы в краткосрочной перспективе она не будет углеродно-нейтральной. Например, если биомасса получена из деревьев, период времени для восстановления дерева (порядка десятилетий) приведет к чистому увеличению содержания углекислого газа вземная атмосфера при сгорании лигноцеллюлозного этанола. Однако, если используется древесный материал из пожнивных остатков однолетних культур, топливо можно считать углеродно-нейтральным. Помимо этанола, потенциальный интерес представляют многие другие виды топлива на основе лигноцеллюлозы, включая бутанол , диметилфуран и гамма-валеролактон . ^[2]

Одним из препятствий для производства этанола из биомассы является то, что сахара, необходимые для ферментации, задерживаются внутри лигноцеллюлозы. Лигноцеллюлоза эволюционировала, чтобы противостоять деградации и придавать гидролитическую стабильность и структурную устойчивость клеточным стенкам растений. Эта устойчивость или «сопротивляемость» объясняется сшивкой между полисахаридами (целлюлозой и гемицеллюлозой) и лигнином через сложноэфирные и эфирные связи. ^[3] Сложноэфирные связи возникают между окисленными сахарами и уроновыми кислотами.и фенольные и фенилпропанольные функциональные возможности лигнина. Чтобы извлечь ферментируемые сахара, нужно сначала отсоединить целлюлозы от лигнина, а затем использовать кислотные или ферментативные методы для гидролиза только что освобожденных целлюлоз с целью разложения их на простые моносахариды. Другой проблемой ферментации биомассы является высокий процент пентоз в гемицеллюлозе, такой как ксилоза или древесный сахар. В отличие от гексоз, таких как глюкоза, пентозы трудно сбраживать. Проблемы, связанные с фракциями лигнина и гемицеллюлозы, находятся в центре внимания многих современных исследований.

Большой сектор исследований использования лигноцеллюлозной биомассы в качестве сырья для биоэтанола сосредоточен, в частности, на грибе Trichoderma reesei , известном своими целлюлолитическими способностями. Изучаются многочисленные возможности, включая разработку оптимизированного коктейля из целлюлаз и гемицеллюлаз, выделенных из T. reesei , а также улучшение штаммов на основе генной инженерии, позволяющее просто поместить гриб в присутствие лигноцеллюлозной биомассы и разрушить вещества в мономеры D- глюкозы . ^[4]Методы улучшения штаммов привели к штаммам, способным продуцировать значительно больше целлюлаз, чем исходный изолят QM6a; некоторые промышленные штаммы известны производить до 100 г на литр целлюлаз гриб, ^{[ править ]} , таким образом , позволяя максимальное извлечение сахаров из биомассы лигноцеллюлозы. Затем эти сахара можно ферментировать, что приводит к получению биоэтанола.

Биокомпозиты [ править ]

Лигноцеллюлозные биомассы привлекают внимание также при производстве биокомпозитных материалов, таких как древесно-стружечные панели, древесно-пластиковые композиты и композиты на основе цемента и геополимера древесины. Несмотря на то, что производство биокомпозитного материала в основном зависит от древесных ресурсов, в менее лесных странах или в странах, где древесные ресурсы уже чрезмерно используются, можно использовать альтернативные источники биомассы, такие как инвазивные растения, отходы сельского хозяйства и лесопиления для создание новых «зеленых» композитов.
Биокомпозиты, произведенные из лигноцеллюлозных биомасс в качестве альтернативы обычным материалам, привлекают внимание, потому что они возобновляемы и дешевле, но также потому, что они идеально вписываются в политику «каскадного использования» ресурсов.

Ссылки [ править ]