Lignoceluloza

Lignoceluloza este materie uscată a plantelor ( biomasă ), numită și biomasă lignocelulozică. Este cea mai disponibilă materie primă de pe Pământ pentru producerea de biocombustibili , în principal etanol . Constă din polimeri de carbohidrați ( celuloză , hemiceluloză ) și un polimer aromatic ( lignină ). Acești polimeri carbohidrați conțin diverse monozaharide (cu șase și cinci atomi de carbon) și sunt strâns asociați cu lignina. Biomasa lignocelulozică este împărțită în biomasă primară, biomasă prelucrată și culturi energetice. Biomasa pură include toate plantele naturale terestre, cum ar fi copacii, arbuștii și iarba. Biomasa reciclată este un produs secundar cu valoare scăzută al diferitelor industrii precum agricultura ( porumb , bagas din trestie de zahăr, paie etc.) și silvicultură (deșeuri de la gatere și fabrici de hârtie ). Culturile energetice sunt culturi cu o producție mare de biomasă lignocelulozică, obținută ca materie primă pentru producerea de biocombustibili de a doua generație; exemple sunt meiul ( mei sălbatic ) şi iarba elefantului .

Culturi energetice speciale

Multe culturi sunt de interes pentru capacitatea lor de a produce randamente mari de biomasă și pot fi recoltate de mai multe ori pe an. Acestea includ plopul și miscanthus . Principala cultură energetică este trestia de zahăr, care este o sursă de zaharoză ușor fermentabilă și de produs secundar lignocelulozic al bagasului.

Aplicație

Industria celulozei și hârtiei

Biomasa lignocelulozică este o materie primă pentru industria celulozei și hârtiei . Această industrie consumatoare de energie se concentrează pe separarea fracțiilor de lignină și celuloză din biomasă.

Biocombustibili

Biomasa lignocelulozică sub formă de combustibil lemnos are o istorie lungă ca sursă de energie. De la mijlocul secolului al XX-lea, interesul pentru biomasă ca precursor al combustibililor lichizi a crescut. În special, fermentarea biomasei lignocelulozice în etanol [1] este benefică în producerea de combustibili care completează combustibilii fosili . Biomasa poate fi o sursă de energie neutră din carbon pe termen lung. Cu toate acestea, în funcție de sursa de biomasă, aceasta nu va fi neutră în carbon pe termen scurt. De exemplu, dacă biomasa este derivată din copaci, atunci perioada de timp în care copacul crește (de ordinul deceniilor) va avea ca rezultat o creștere netă a dioxidului de carbon în atmosfera Pământului atunci când este ars etanolul lignocelulozic. Cu toate acestea, dacă se folosește material lemnos din reziduurile de recoltă anuale, atunci combustibilul poate fi considerat neutru în carbon. Pe lângă etanol, mulți alți combustibili derivați din lignoceluloză prezintă un potențial interes, inclusiv butanolul , dimetilfuranul și gama-Valerolactona . [2]

Unul dintre obstacolele în calea producerii de etanol din biomasă este faptul că zaharurile necesare fermentației sunt prinse în lignoceluloză. Lignoceluloza a evoluat pentru a rezista la degradare și pentru a conferi stabilitate hidrolitică și stabilitate structurală pereților celulelor plantelor. Această stabilitate sau „încăpățânare” se datorează legăturii puternice dintre polizaharide (celuloză și hemiceluloză) și lignină prin legături esterice și esterice . [3] Legăturile esterice apar între zaharurile oxidate, acizii uronici , fenolii și fenilpropanolii ligninei. Pentru a extrage zaharurile fermentabile, trebuie mai întâi să separați celuloza de lignină și apoi să folosiți metode acide sau enzimatice pentru a hidroliza celulozele nou eliberate pentru a le descompune în monozaharide simple. O altă problemă a fermentației biomasei este procentul mare de pentoze din hemiceluloză, cum ar fi xiloza sau zahărul din lemn. Spre deosebire de hexoze precum glucoza, pentozele sunt greu de fermentat. Problemele asociate cu fracțiunile de lignină și hemiceluloză sunt în centrul multor studii moderne.

Un mare sector de cercetare privind utilizarea biomasei lignocelulozice ca materie primă pentru bioetanol se concentrează în special pe ciuperca Trichoderma reesei , cunoscută pentru abilitățile sale celulolitice. În prezent sunt studiate diverse direcții, inclusiv dezvoltarea unui cocktail optimizat de celulaze și hemicelulaze izolate din T. reesei , precum și îmbunătățirea tulpinii bazată pe inginerie genetică, permițând ciupercii să se înmulțească pur și simplu în biomasa lignocelulozică și să descompună substanță în monomeri D - glucoză [4] Îmbunătățirea metodelor a condus la apariția unor tulpini capabile să producă mult mai multe celulaze decât izolatul QM6a original; se stie ca unele tulpini industriale produc pana la 100 g de celulaza la litru de ciuperca, ceea ce permite extragerea maxima a zaharurilor din biomasa lignocelulozica. Aceste zaharuri pot fi apoi fermentate pentru a crea bioetanol.

Biocompozite

Biomasele lignocelulozice atrag, de asemenea, atenția asupra producției de materiale biocompozite, cum ar fi plăci aglomerate, compozite lemn-plastic și compozite lemn-ciment-geopolimer. Deși producția de materiale biocompozite se bazează în principal pe resursele lemnoase, în țările mai puțin împădurite sau în țările în care resursele lemnoase sunt deja suprautilizate, surse alternative de biomasă precum plantele invazive, reziduurile agricole și de gater pot fi folosite pentru a crea noi compozite „verzi”. Biocompozitele produse folosind biomasă lignocelulozică ca alternativă la materialele tradiționale atrag atenția pentru că sunt regenerabile și mai ieftine și pentru că se încadrează perfect în politica de „utilizare în cascadă” a resurselor.

Note

  1. ↑ Carroll, Andrew; Somerville, Chris (iunie 2009). Biocombustibili celulozici. Revizuirea anuală a biologiei plantelor . 60 (1): 165-182. DOI : 10.1146/annurev.arplant.043008.092125 .
  2. ^ Barbara A. Tokay „Biomass Chemicals” în Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi : 10.1002/14356007.a04_099
  3. ↑ Depășirea barierelor biologice în calea etanolului celulozic: o agendă comună de cercetare. Raport de la Atelierul din decembrie 2005 (PDF) (iunie 2006). Data accesului: 19 ianuarie 2008. Arhivat din original pe 7 februarie 2017.
  4. ↑ Monot, Frederic; Margeot, Antoine Biocombustibilii se îndreaptă către ciuperci - Interviu cu Frédéric Monot și Antoine Margeot, Divizia de chimie aplicată și chimie fizică la IFPEN . IFP Energies nouvelles . Consultat la 17 iulie 2015. Arhivat din original la 27 ianuarie 2018.

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
 celula plantei
Organele celula plantei
perete celular
Substanțe
structurilor
Diviziunea
celulară a plantelor
Etape speciale
structurilor