Экологический цикл производства и применения биоэтанола

биомассы.
Рис. 16.4.1.1. Производство этанола

Дрожжи Saccharomyces cerevisiae

направо: картофель, кассава (маниок), овес, ячмень, пшеница, мило, рожь, кукуруза,

рис (полированный), сорго (просо).

стоимость сырья составляет 70-80% себестоимости этанола

способа производства дополнительные продукты -
Глютен, СО2
Сухая дробина с растворимыми

веществами (DDGS по западной терминологии)
Как правило , без продажи DDGS завод будет неприбыльным

до 200 млн литров этанола год. Некоторые заводы имеют мощность

1 млрд литров этанола год. Строить завод мощностью менее 75 млн литров нецелесообразно.
Степень очистки - биозавод по производству этанола имеет две ректификационные колонны в отличие от завода пищевого спирта, где таких колон пять
Содержание воды - топливный биоэтанол почти не содержит воды его концентрация 99.8%. Поэтому в технологии используется дополнительное обезвоживание при помощи молекулярных сит

Ф5 триозофосфатизомераза;
Ф6 3-ФГА-дегидрогеназа;
Ф7 фосфоглицерокиназа;
Ф8 фосфоглицеромутаза;
Ф9 енолаза;

Ф10 пируваткиназа;
Ф11 лактатдегидрогеназа (по Dagley, Nicholson, 1973)

Этанол

Лактат
Бутанол, ацетон

пропионат

продуктом брожения будет глицерин. Оказалось, что бисульфит образует комплекс с

ацетальдегидом, и последний не может больше функционировать как акцептор электронов:

Следствием этого является передача электронов от НАД-H2 на фосфодиоксиацетон, восстановление его до 3-фосфоглицерина и дефосфорилирование последнего, приводящее к образованию глицерина.

для получения разнообразных химических соединений, новых материалов и энергии. По

оценкам экспертов, сегодня около 10% всего рынка химической индустрии (свыше $100 млрд.) составляют продукты, получаемые с помощью биотехнологии. Более половины мирового производства относится к продукции "красной" биотехнологии (биофармацевтические препараты и биомедицина), 12% - к "зеленой" (агропищевая продукция), остальное – биоматериалы промышленного назначения ("белая" биотехнология).

Биотехнология растворителей, органических кислот и других химических веществ

Структура мирового производства на рынке биотехнологий

tetani - столбняк. Эта бактерия при своем росте выделяет очень

сильный нейротоксин, вызывающий тонические судороги мышц.
Clostridium botulinum – ботулизм (лат. botulus - колбаса). Образуемый ею токсин может вызвать смерть вследствие нервного паралича, в частности паралича дыхания. Токсин этот термолабилен и быстро (за 15 мин) инактивируется при кипячении.

Клостридии - возбудители болезней и продуценты токсинов

25 м3 водорода, 340 кг бутанола и 110 кг ацетона, то есть с 1 га картофельных плантаций — 875 м3 водорода, 12 т бутанола и 4 т ацетона.
В СССР

до конца 70-х годов XX столетия в эксплуатации находилось 4 ацетонобутиловых завода: в городах Грозном, Нальчике, Талица (Свердловской области) и Ефремов (Тульской области). К концу 90-х годов остались Грозненский и Ефремовский заводы.

и образование септы в начале спорообразования: цпм — цитоплазматическая мембрана;

вм—внутренняя мембрана проспоры; нм — наружная мембрана проспоры; мз—мезосомы; н — нуклеоид; м — инвагинирующие мембраны; 2 — Cl. Sporofasciens; 3 — Cl. Sporotrichum; 4,5 — Cl. Penicfflum;

дает на 25% больше энергии, чем этанол: 25 529 кДж на 1 литр бутанола

против 19 494 кДж на 1 литр этанола. Бензин - около 26 688 кДж на 1 литр;
2. Бутанол безопаснее в использовании, поскольку он в шесть раз менее летуч, чем этанол и в 13,5 раз менее летуч, чем бензин. Не требует особых изменений пропорций смеси при использовании зимой и летом.
3. Бутанол — гораздо менее агрессивное вещество, чем этанол, поэтому может транспортироваться по существующим топливным трубопроводам;
4. Бутанол можно смешивать с бензином;
5. Бутанол может полностью заменять бензин, тогда как этанол может использоваться только как добавка к бензину с максимальным содержанием в смеси не более 85% и только после существенных переделок двигателя. В настоящее время в мире преобладают смеси с 10%-ным содержанием этанола;

имеющей следующее соотношение компонентов: свеклосахарная меласса 44 г/л, сернокислый аммоний

0,6 г/л, суперфосфатная вытяжка 0,26 г/л и углекислый кальций 10 г/л.37оС. pH 6,0-6,5. Процесс брожения проходит 42 ч, несброженными в среде остались 0,64% сахаров. Конверсия углеводов в целевой продукт составила лишь 34% от введенных в среду углеводов.

|
СН3

Неподвижные, неспорообразующие грамположительные бактерии размером 0,5-0,8 x 2,0-9,0 мкм.
Lactobacillus

bulgaricus

пищевых и др. продуктов, пленка.
Молочная кислота (Е 270) образуется в

процессе молочнокислого брожения и, благодаря низкому значению рН, широко используется в качестве консерванта при изготовлении сыра и целого ряда других молочных продуктов.

«СКиМК» - единственное предприятие, выпускающее молочную кислоту промышленным способом. Производительность

завода - 2000 тонн в год

палочковидные бактерии, размножающиеся бинарным делением. В зависимости от условий культивирования

и цикла развития форма клетки может меняться до кокковидной, изогнутой или булавовидной. Типовой вид — P. freudenreichii.

Е280 пропионовая кислота, Е281 пропионат натрия, Е282 пропионат кальция, Е283 пропионат калия,

Пропионовая кислота и ее соли (Е 280-283) рекомендуются в качестве основного консерванта (или в комбинации с сорбиновой кислотой и ее солями) для сыроварения. Пропионаты также используются при производстве других молочных продуктов и в хлебопечении.

получать энергию, осуществляя неполное окисление ряда органических соединений. Это грамотрицательные

бесспоровые палочки, слабоподвижные за счет перитрихиально или полярно расположенных жгутиков, или неподвижные. Облигатные аэробы.

К числу окисляемых соединений относятся одноатомные спирты, содержащие от 2 до 5 углеродных атомов, а также многоатомные спирты — производные сахаров. Окисление первичных спиртов приводит к образованию кислот. Например, этанол с помощью соответствующих дегидрогеназ окисляется до ацетата:
  С2Н5ОН                       CH3-CHO

     CH3-CHO CH3-CОOН
                                                                        
Вторичные спирты окисляются до кетонов:

CH3-CHOH-CH3 CH3-CO-CH3.

Многоатомные спирты окисляются этими бактериями в альдозы и кетозы, например: сорбит ® сорбоза; глицерин ® диоксиацетон. Альдозы и кетозы могут далее окисляться в соответствующие кислоты.

магния, монофосфат калия
рН питательной среды 3,0…3,2
Температура культивирования 28 → 25

°С
Режим аэрации 0,35…0,4 → 0,1…0,15 м3 / м3·мин
Продолжительность культивирования 7…10 суток
Содержание уксусной кислоты в культуральной жидкости От 6…7 % до 9…14 %
Выращивание бактерий ведут при температуре 28…37 °С при рН среды 3,0…3,2 при концентрации спирта 7…15 %. После
накопления 8 %-ной уксусной кислоты развитие бактерий замедляется и при ее содержании в пределах 12…14 % рост
бактерий полностью прекращается.

Из 100 л безводного спирта получают 75…90 кг уксусной кислоты.

кукурузный или дрожжевой экстракт, при интенсивной аэрации (8-10 г О2/л/ч).

Выход L-сорбозы может достичь 98% за одни-двое суток.

D-sorbitol dehydrogenase (EC 1.1.99.21)

сухой массе) дрожжевого экстракта.

Выращивание биомассы 36 ч при 28оС.

Клетки бактерий отделяют от питательной среды центрифугированием и отмывают водопроводной водой от посторонних примесей. Подготовленную таким образом биомассу помещают в биореактор и заливают двумя литрами раствора состава: глицерин 10%, монокалийфосфат 0,2% и водопроводная вода. Процесс биотрансформации ведут в аэробных условиях при интенсивном перемешивании, поддерживая температуру 28оС и рН 5,0 48 ч. Диоксиацетон 9,6% (96%).

«Белгородский завод лимонной кислоты (Цитробел)»

по объему производства лимонная кислота является

одним из главных продуктов микробного синтеза, мировой объем ее производства достигает 400 тыс. тонн в год (около 325 млн евро)

3 – пузырек; 4 – стеригмы первого ряда; 5 –

стеригмы второго ряда; 6 – конидии; 7 – опорные клетки.

лимонной кислоты
1 – титруемая кислотность

среды (в пересчете на лимонную кислоту);
2 – лимонная кислота;
3 – сахар в среде;
4 – масса мицелия;
5 – рН среды