Sơ chế sinh khối bằng chất lỏng ion (Ionic liquids) -P1 ppsx
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (221.02 KB, 8 trang )
Sơ chế sinh khối bằng chất
lỏng ion (Ionic liquids) -P1
Các hợp chất muối lỏng (còn gọi là chất lỏng
ion) cho thấy sự hứa hẹn là một dung môi dùng
cho xử lý sinh khối lignocellulose. Nhưng liệu sự
tiếp cận này chỉ là một tò mò khoa học hay đây
là một công nghệ tiên tiến trong sơ chế nguyên
liệu đầu vào của nhiên liệu sinh học có thể
thương mại hóa?
Sinh khối lignocellulose là nguồn carbon tái sinh
được và dồi dào bậc nhất trên hành tinh chúng
ta. Chỉ tính riêng ở Mỹ thôi, người ta dự đoán có
hơn một tỷ tấn sinh khối tạo ra hàng năm. Sinh
khối lignocellulose có nguồn gốc từ cỏ, gỗ và
phần thải của gỗ, rơm rạ, lõi bắp, chất thải rắn
hữu cơ trong sinh hoạt, phân và các nguồn
khác.
Tường tế bào cây trong sinh khối lignocellulose
là các cấu trúc phức hợp chứa cellulose,
hemicellulose và lignin ( Hình 1 và 2). Các phức
hợp này khó bị phá vỡ thành các thành phần
polymer và monomer đơn lẻ. Sự cứng vững của
phức hợp cấu trúc tạo vách tế bào này làm cho
việc chuyển hóa sinh khối thành đường C5 và
C6 (xylose, glucose) trở nên khó khăn, tiêu tốn
nhiều năng lượng và chi phí cao hơn so với tinh
bột bắp, đường mía hoặc củ cải đường.
Cellulose là phân tử polymer có mặt nhiều nhất
trong vách tế bào. Nó tạo nên 20-30% trọng
lượng khô của vách tế bào. Liên kết beta 1,4 –
glycoside giữa các đường đơn glucose cho
phép hình thành các vi sợi cellulose trong suốt
quá trình sinh tổng hợp vách tế bào. Các vi sợi
có tính kết tinh cao và cung cấp khung cấu trúc
chính cho vách tế bào
Vi sợi cellulose có một lớp hemicellulose áo
quanh gắn nó gắn kết với các vi sợi khác.
Hemicellulose được chức hóa giúp ổn định cấu
trúc vách trong suốt quá trình sinh tổng hợp
vách tế bào. Vì vậy, chúng khó có thể phân hủy
thành đường đơn.
Hệ composite polysaccharide gồm
hemicellulose và cellulose được bọc kín trong
một nền chất lignin dai dẻo chịu hóa chất và kỵ
nước. Lignin là một polymer sinh học phổ biến
thứ nhì thường được tìm thấy trong các cây có
mạch nhựa. Nó là loại polymer dị thể gốc từ
phenylpropanoid. Lignin làm cho vách tế bào
chịu được côn trùng, kháng vi khuẩn, chịu thời
tiết và giúp truyền nước.
Hình 2: Thành phần hóa học của vi sợi cellulose
Sự chuyển hóa nhờ men của sinh khối thành
các đường đơn dựa vào bước sơ chế này.
Bước sơ chế giúp phá vỡ các phức hợp cấu
trúc lignin – carbonhydrate và gia tăng khả năng
thâm nhập – tiếp xúc của các polysaccharide
đến men thủy giải. Một trong những yêu cầu
thiết yếu cần quan tâm đến trong sản xuất nhiên
liệu sinh học từ sinh khối ligno-cellulose là công
nghệ sơ chế sinh khối phải hiệu quả và có chí
phí phù hợp. Người ta ước tính rằng cứ trên một
gallon sản phẩm , việc sơ chế sinh khối ngốn
mất 19 – 22% chi phí sản xuất đứng sau việc
chuẩn bị nạp liệu (30-32%).
Một số phương pháp xử lý sơ bộ bằng vật lý,
hóa học đi từ các công nghệ tiêu biểu trong
công nghiệp giấy và bột gỗ đang được phát triển
để vượt qua những rào cản công nghệ ở hệ vật
liệu ligno-cellulose, gia tăng năng suất lên men,
và cải thiện hiệu suất chuyển hóa lignocellulose
thành các đường đơn. Các phương pháp xử lý
bao gồm dùng acid loãng hoặc amoniac hoặc
vôi hoặc bằng hơi quá nhiệt hoặc bằng các
dung môi hữu cơ để làm trương sinh khối, tách
sợi cellulose trước khi thủy giải thành đường
đơn nhờ men
Tất cả các phương pháp trên đều có ưu nhược
điểm. Hiện nay, chúng ta vẫn chưa có phương
pháp sơ chế sinh khối nào cho năng suất cao và
chi phí thấp trong chuyển hóa các loại sinh khối
chứa lignocellulose thành đường đơn. Quá trình
xử lý dùng acid sunfuric loãng hòa tan hiệu quả
phần lớn các hemicellulose và một phần lignin.
Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao hơn, bước xử lý này
tạo ra các sản phẩm polysaccharide giảm cấp
trung gian gây ức chế sự lên men vi sinh dẫn
đến giảm hiệu suất toàn phần của chuyển hóa
đường đơn. Phương pháp làm nở sợi bằng
amoniac (AFEX) hữu hiệu trong sơ chế các phế
phẩm nông nghiệp và lõi bắp nhưng nó đòi hỏi
các điều kiện ngặt nghèo để xử lý hiệu quả các
phần gỗ mềm và gỗ cứng cũng như thu hồi tái
sử dụng amoniac. Cách sơ chế sử dụng vôi
hiệu quả nhất cũng cần oxy cao áp 200psi. Còn
dùng hơi quá nhiệt thì không hòa tan hiệu quả
lignin và hiệu suất tạo đường đơn thấp hơn so
với các công nghệ sơ chế khác. Biện pháp sơ
chế sử dụng dung môi hữu cơ thường đòi hỏi
sự có mặt chất xúc tác và tách loại hoàn toàn
dung môi sau sử dụng. Sự tồn dư dung môi
trong chế phẩm gây ức chế quá trình đường
hóa và lên men tiếp theo đó.
