Lignocellulosa

Lignocellulosa är växttorrsubstans ( biomassa ), även kallad lignocellulosabiomassa. Det är den mest tillgängliga råvaran på jorden för produktion av biobränslen , främst etanol . Den består av kolhydratpolymerer ( cellulosa , hemicellulosa ) och en aromatisk polymer ( lignin ). Dessa kolhydratpolymerer innehåller olika monosackarider (med sex och fem kolatomer) och är nära förknippade med lignin. Lignocellulosabiomassa delas in i jungfrulig biomassa, bearbetad biomassa och energigrödor . Ren biomassa omfattar alla naturliga landväxter som träd, buskar och gräs. Återvunnen biomassa är en lågvärdig biprodukt från olika industrier som jordbruk ( majs , bagass från sockerrör, halm, etc.) och skogsbruk (avfall från sågverk och pappersbruk ). Energigrödor är grödor med en hög produktion av lignocellulosahaltig biomassa, erhållen som råvara för produktion av andra generationens biobränslen; exempel är hirs ( vild hirs ) och elefantgräs .

Speciella energigrödor

Många grödor är intressanta för sin förmåga att producera hög biomassa och kan skördas flera gånger om året. Dessa inkluderar poppel och miscanthus . Den huvudsakliga energigrödan är sockerrör , som är en källa till den lättjäsbara sackarosen och lignocellulosabiprodukten från bagass.

Applikation

Massa- och pappersindustrin

Lignocellulosabiomassa är en råvara för massa- och pappersindustrin . Denna energiintensiva industri är fokuserad på att separera lignin- och cellulosafraktionerna av biomassa.

Biobränslen

Lignocellulosabiomassa i form av träbränsle har en lång historia som energikälla. Sedan mitten av 1900-talet har intresset för biomassa som prekursor till flytande bränslen ökat. I synnerhet är jäsningen av lignocellulosabaserad biomassa till etanol [1] fördelaktig för att producera bränslen som kompletterar fossila bränslen . Biomassa kan vara en koldioxidneutral energikälla på lång sikt. Men beroende på källan till biomassan kommer den inte att vara koldioxidneutral på kort sikt. Till exempel, om biomassan härrör från träd, kommer den tidsperiod under vilken trädet växer igen (i storleksordningen decennier) att resultera i en nettoökning av koldioxid i jordens atmosfär när lignocellulosaetanol förbränns. Men om trämaterial från ettåriga skörderester används kan bränslet betraktas som koldioxidneutralt. Förutom etanol är många andra bränslen som härrör från lignocellulosa av potentiellt intresse, inklusive butanol , dimetylfuran och gamma-valerolakton . [2]

Ett av hindren för framställning av etanol från biomassa är att de sockerarter som behövs för jäsning fångas in i lignocellulosan. Lignocellulosa har utvecklats för att motstå nedbrytning och ge hydrolytisk stabilitet och strukturell stabilitet till växtcellväggar. Denna stabilitet eller "envishet" beror på den starka bindningen mellan polysackariderna (cellulosa och hemicellulosa) och lignin genom ester- och esterbindningar . [3] Esterbindningar uppstår mellan oxiderade sockerarter, uronsyror , fenoler och fenylpropanoler av lignin. För att extrahera de fermenterbara sockerarterna måste man först separera cellulosan från ligninet och sedan använda sura eller enzymatiska metoder för att hydrolysera de nyutsläppta cellulosorna för att bryta ner dem till enkla monosackarider. Ett annat problem med biomassajäsning är den höga andelen pentoser i hemicellulosa som xylos eller träsocker. Till skillnad från hexoser som glukos är pentoser svåra att jäsa. Problem förknippade med lignin- och hemicellulosafraktioner är i fokus för många moderna studier.

En stor forskningssektor kring användningen av lignocellulosabiomassa som råvara för bioetanol är särskilt fokuserad på svampen Trichoderma reesei , känd för sina cellulolytiska förmågor. Olika riktningar studeras för närvarande, inklusive utvecklingen av en optimerad cocktail av cellulaser och hemicellulaser isolerade från T. reesei , såväl som förbättringen av stammen baserad på genteknik, vilket gör att svampen helt enkelt kan föröka sig i lignocellulosabiomassa och bryta ner substans till D- glukosmonomerer [ 4] Förbättring av metoder ledde till uppkomsten av stammar som kan producera betydligt fler cellulaser än det ursprungliga QM6a-isolatet; det är känt att vissa industriella stammar producerar upp till 100 g cellulas per liter svamp, vilket möjliggör maximal extraktion av sockerarter från lignocellulosabiomassa. Dessa sockerarter kan sedan fermenteras för att skapa bioetanol.

Biokompositer

Lignocellulosabiomassa drar också uppmärksamhet till sig vid produktionen av biokompositmaterial som spånskivor, trä-plastkompositer och cement-geopolymer träkompositer. Även om produktionen av biokompositmaterial huvudsakligen är beroende av träresurser, i mindre skogbevuxna länder eller i länder där träresurser redan är överutnyttjade, kan alternativa biomassakällor som invasiva växter, jordbruks- och sågverksrester användas för att skapa nya "gröna" kompositer. Biokompositer som produceras med lignocellulosabaserad biomassa som ett alternativ till traditionella material väcker uppmärksamhet för att de är förnybara och billigare och för att de passar perfekt in i policyn med "kaskadanvändning" av resurser.

Anteckningar

  1. ↑ Carroll, Andrew; Somerville, Chris (juni 2009). Cellulosabaserade biobränslen. Årlig översyn av växtbiologi . 60 (1): 165-182. DOI : 10.1146/annurev.arplant.043008.092125 .
  2. ↑ Barbara A. Tokay "Biomass Chemicals" i Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi : 10.1002/14356007.a04_099
  3. ↑ Att bryta de biologiska barriärerna för cellulosaetanol: En gemensam forskningsagenda. Rapport från workshopen i december 2005 (PDF) (juni 2006). Tillträdesdatum: 19 januari 2008. Arkiverad från originalet den 7 februari 2017.
  4. ↑ Monot, Frederic; Margeot, Antoine Biobränslen vänder sig till svamp - Intervju med Frédéric Monot och Antoine Margeot, avdelningen för tillämpad kemi och fysikalisk kemi på IFPEN . IFP Energies nouvelles . Hämtad 17 juli 2015. Arkiverad från originalet 27 januari 2018.

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
 växtcell
Organeller växtcell
cellvägg
Ämnen
strukturer
Växtcellsdelning
_
Specialsteg
strukturer