Экобиотехнология переработки отходов с целью получения биоэтанола

Abstract

RU: В святи с сокращением природных ископаемых актуален поиск альтернативных источников энергии. Реальным путем решения этой проблемы является производство биологических видов топлива (биоэтанола) из целлюлозсодержащих отходов. Энергетический потенциал биомассы в Украине по производству биоэтанола составляет 2,36 млн. т у.т. Цель работы – исследование возможности получения биоэтанола из многотоннажных отходов агропромышленного комплекса: кукурузных качанов, жома сахарной свеклы, отходов картофеля. Предлагается использовать метилотрофные термотолерантные дрожжи Hansenula polymorpha для процесса одновременного осахаривания и ферментации. Промышленное использование этих дрожжей обусловлено их способностью к накоплению значительной биомассы в ферментере, что обеспечивает высокий выход целевых продуктов. Для получения биоэтанола проведены стадии процесса, включающие тепловую обработку сырья, гидролиз клейстеризованного крахмала, брожение, отделение жидкости, охлаждение, перегонку раствора. В результате тепловой обработки субстрата на водяной бане наблюдалась клейстеризация крахмала, при внесении дрожжей Hansenula polymorpha происходил процесс одновременного осахаривания и ферментации. После брожения отделенной и охлажденной жидкости в анаэробных условиях образовался водно-спиртовой раствор, при перегонке которого получен биоэтанол. Установлено, что в промышленных условиях из 100000 т исследованных отходов можно получить от 14 до 17 млн. л биоэтанола, который содержит 68…74 % этанола. Впервые проведены исследования по биоконверсии многотоннажных отходов агропромышленного комплекса (качанов кукурузы, жома сахарной свеклы, отходов картофеля). Предлагаемая технология позволит получить альтернативный источник энергии – биоэтанол и утилизировать отходы АПК. Внедрение предлагаемой технологии биоутилизации целлюлозсодержащих отходов позволит улучшить экологическую обстановку территорий, прилегающих к перерабатывающим предприятиям. Безотходная технология биоконверсии отходов агропромышленного комплекса (качанов кукурузы, жома сахарной свеклы, отходов картофеля) позволит получить перспективный и недорогой альтернативный источник энергии – биоэтанол. Осадки после перегонки биоэтанола (экологически безопасные отходы) можно использовать как удобрение и кормовые добавки для животных, птицы и др. При реализации полученной продукции хозяйство может получать доходы. Предлагаемая технология экономически и экологически выгодна для предприятий, перерабатывающих отходы.

UK: В умовах загрози вичерпання природних копалин актуальний пошук альтернативних джерел енергії. Реальним шляхом вирішення цієї проблеми є виробництво біологічних видів палива (біоетанолу) з целлюлозсодержащих відходів. Енергетичний потенціал біомаси в Україні по виробництву біоетанолу складає 2,36 млн. т у.т. Мета роботи – дослідження можливості отримання біоетанолу з багатотоннажних відходів агропромислового комплексу: кукурудзяних качанов, жому цукрового буряка, відходів картоплі. Пропонується використати метилотрофні термотолерантні дріжджі Hansenula polymorpha для процесу одночасного оцукрення і ферментації. Промислове використання цих дріжджів обумовлене їх здатністю до накопичення значної біомаси у ферментері, що забезпечує високий вихід цільових продуктів. Для отримання біоетанолу проведені стадії процесу, що включають теплову обробку сировини, гідроліз клейстеризованного крохмалю, бродіння, відділення рідини охолодження, перегонку розчину. В результаті теплової обробки субстрату на водяній лазні спостерігалася клейстеризація крохмалю, при внесенні дріжджів Hansenula polymorpha відбувався процес одночасного оцукрення і ферментації. Після бродіння відокремленої і охолодженої рідини в анаеробних умовах утворився водноспиртовий розчин, при перегонці якого отриманий біоетанол. Встановлено, що в промислових умовах з 100000 т досліджених відходів можливе отримати 14…17 млн. л біоетанолу, який містить 68…74 % етанола. Уперше проведені дослідження по біоконверсії багатотоннажних відходів агропромислового комплексу (качанов кукурудзи, жому цукрового буряка, відходів картоплі). Пропонована технологія дозволить отримати альтернативне джерело енергії – біоетанол і утилізувати відходи АПК. Впровадження пропонованої технології біоутилізації целлюловмісних відходів дозволить поліпшити екологічну обстановку територій, прилеглих до переробних підприємств. Безвідходна технологія біоконверсії відходів агропромислового комплексу (качанов кукурудзи, жому цукрового буряка, відходів картоплі) дозволить отримати перспективне і недороге альтернативне джерело енергії – біоетанол. Осад після перегонки біоетанолу (екологічно безпечні відходи) можна використати як добриво і кормові добавки для тварин, птахів та ін. При реалізації отриманої продукції господарство може отримувати доходи. Пропонована технологія економічно і екологічно вигідна для підприємств, що переробляють відходи.

EN: The supplies of minerals diminish annually, the search of alternative energy sources is actual. It is expedient to produce a bioethanol from wastes of cellulose. Power potential of Ukraine for the production of bioethanol is the 2,36 million tons of conditional fuel. The aim of our work is research of produce of bioethanol from multitonnage wastes of agroindustrial complex: wastes of corn, sugar beet, potato. It is suggested to use yeasts Hansenula polymorpha for the process of simultaneous saccharification and fermentation. The industrial use of these yeasts is conditioned by their capacity for the accumulation of considerable biomas in a fermenter, that provides the high exit of foods. The main stages of this process are: thermal treatment of raw material, hydrolysis of starch, fermentation, separation of liquid, cooling, distillation of solution. Hydroalcoholic solution appeared after fermentation in anaerobic terms, a liquid was chilled and outdrove an bioethanol. Pilot-scale from 100000 т of wastes it is possible to get from 14 to 17 million l of bioethanol that contains 68...74 % of ethanol. For the first time the researches of bioconversion of the agricultural wastes were carried out: wastes of corn, sugar beet and potato. The offered technology will allow to receive an alternative energy source (bioethanol), and also will allow to utilize wastes. Introduction of the offered technology of bioutilization of wastes will allow to improve an ecological situation on territories of an enterprise. A bioethanol is a perspective and an expensive alternative energy source. Wastes of production of bioethanol can be used as a fertilizer and forage additions for animals, birds etc. Offered technology is economically and ecologically advantageous for agricultural enterprises.