Производство этанола (этилового спирта)
Превращение углеводов в этиловый спирт один из наиболее известных микробных процессов.
В условиях дефицита бензина и дизельного топлива наиболее реальным заменителем нефтяного горючего для двигателей внутреннего сгорания стали спирты, особенно этанол. Это экологически чистое топливо дающее при сгорании СО2, и Н2О.
Этанол - экологически чистое топливо, дающее при сгорании СО2 и Н2О. Он используется в двигателях внутреннего сгорания в чистом виде или как 10-20%-ная добавка к бензину (газол). В Бразилии уже к 1983 году 75% автомобилей работали на 95%-ном этаноле, а остальные - на газоходе. В США предполагают заменить на этанол 10% потребляемого бензина. Широкое внедрение этанола планируется в странах Западной Европы.
Спирт имеет определенное преимущество пред бензином: он сгорает быстрее и тем самым повышает мощность двигателя, октановое число спирта гораздо выше, он обеспечивает повышенный кпд, меньше загрязняет окружающую среду и несмотря на проблемы связанные с переходом на этот вид топлива по мнению ученых этот вид топлива перспективен. Например Бразилия для производства этого топлива имеет обширные плантации сахарного тростника, и здесь в основном используется газоголь – смесь бензина и до 20% спирта. Применение эмульгаторов позволяет добавлять этанол и в дизельное топливо. На сегодняшний день вопрос производства этанола связан с решением вопроса дешевых источников сырья. Применяемый кислотный гидролиз древесных и других целлюлозосодержащих отходов обходится дорого. Большие надежды возлагают ученые на ферментативный гидролиз. Создаются технологии спиртового брожения в реакторах с иммобилизованными клетками.
Энергию можно получать также из с/х культур специально выращиваемых для этой цели: это быстрорастущие деревья, а также растения богатые углеводами(крахмалом и сахарозой) легко гидролизуемыми в гексозы, которые подвергаются спиртовому брожению. Для получения этилового спирта из такой растительной биомассы необходимо экстрагировать и подвергнуть гидролизу запасные углеводы с последующим микробным сбраживанием их в спирт. Сегодня для получения топлива источниками биомассы является сахарный тростник, кукуруза, древесина, навоз. Бытовой мусор. Отходы с/х, багасса, меласса, побочные продукты производства.
Традиционные методы получения этанола – это сбраживание картофеля, крахмала, зерна с последующей ферментацией. И долгое время (до 1934 го
да)это был единственный метод получения этанола (из пищевого сырья). В 1934 году было освоено производство гидролизного этанола. А с 1964года прекращено производство пищевого этанола в нашей стране для технических целей.
Большинство исследований по созданию топлива из биомассы направлено на получение этанола из сахарного тростника, зерна и сахарной свеклы, а также рапсового метилового эфира из семян рапса. При урожайности семян рапса 3 т/Га с 1 гектара можно получить 1 т моторного топлива и 2 т высококачественных кормов. Свойства моторного топлива, получаемого из семян рапса, близки к дизельному топливу, однако вредные выбросы при использовании биодизельного топлива значительно снижены. В Чехии производится 700000 т биодизельного топлива в год. Как показывает опыт Чехии и Германии, коммерциализация этой технологии при современных ценах на нефть может быть обеспечена только с помощью государственных субсидий.
На предприятиях по переработке сахарного тростника его давят и целлюлозу отделяют от сладкого сока. Жом сжигают для получения энергии необходимой для производства. Сладкий сок концентрируют и стерилизуют, а затем подвергают брожению. Этанол получают из 8-10% спиртового раствора путем перегонки. Оставшуюся жидкость используют как удобрение. При переработке крахмала добавляется еще один этап гидролиз крахмала в сбраживаемые сахара. Для таких производств нужны внешние источники энергии
Классическими биообъектами, используемыми при получении спирта, являются дрожжи, бактерии, особенно термофильные бактерии. Термофилы способны утилизировать продукты деградации целлюлозы с очень высоким выходом спирта. Планируют использование также ацидофильных и галофильных продуцентов спирта. Повышение выхода спирта и стабилизация активности его продуцентов могут быть достигнуты путем иммобилизации клеток.
В некоторых случаях этанол, полученный сбраживанием и ферментацией, конкурирует с синтетическим спиртом, произведенным из этилена.
На значительных посевных площадях выращивать сельскохозяйственные культуры, предназначенные для биотехнологической переработки в этанол не всегда рентабельно.
Разработка технологий разложения с отделением лигнина от древесины является очень насущной задачей. Это связано с тем, что бактерии древесину не разлагают, а целлюлозу активно перерабатывают. При биологическом способе получения этанола она может являться сырьем.
Основным в настоящее время является метод получения этанола путем гидролиза древесины (химическая технология).