بخشی از مقاله
چکیده
بیواتانول یک سوخت تجدید پذیر پاک زیستی است که از تخمیر گلوکز موجود در محصولات کشاورزی بدست می آید. منشاء اصلی گلوکز در مواد کشاورزی نشاسته است که در بافت های ذخیره ای غلات و غده های مختلف یافت می شود و با هیدرولیز آن به سادگی به گلوکز تبدیل می شود. اخیراً این سوخت از راه هیدرولیز اسیدی سلولز موجود در مواد لیگنوسلولزی بدست می آید و در نتیجه ضایعات مواد کشاورزی میتوانند منبع خوبی برای این سوخت باشند. الیاف خرما که از ضایعات هرس سالیانه نخل خرما هستند با دارا بودن سلولز قابلیت مناسبی برای تولید بیواتانول دارا میباشند. در این پژوهش از الیاف خرما برای تهیه بیواتانول استفاده و مراحل مختلف تولید با استفاده از روش تاگوچی مورد بهینهسازی قرار گرفت. مراحل مختلف تولید شامل چهار مرحله کاهش لیگنین،هیدرولیز، تخمیر و تقطیر هستند که در هر مرحله عوامل مختلفی نقش دارند.
در در مرحله کاهش لیگنین که با هیدرولیز قلیایی الیاف صورت گرفت اثر سه پارامتر غلظت قلیا در سه سطح 2، 5 ،%10، زمان در سه سطح 30، 60، 90 دقیقه و دما در سه سطح 80، 90، 100 درجه سلسیوس مورد بررسی و بهینه سازی قرار گرفت. در مرحله هیدورلیز که با استفاده از اسید سولفوریک انجام شد پارامترهای غلظت اسید 10، 20، %30، زمان1، 2، 3 ساعت و دما 90، 100، 110 درجه سلسیوس بر مقدار سلولز بدست آمده بررسی و بهینه سازی شد. علاوه بر این، سینتیک تولید بیواتانول در مرحله تخمیر و مقدار بیواتنول تولید شده در مرحله تقطیر بررسی و اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که در مرحله کاهش لیگنین ، غلظت سدیمهیدروکسید %5 در دمای œc 80 و با مدت زمان 90 دقیقه مقادیر بهینه بودند. درمرحله هیدرولیز مقدار بهینه غلظت اسید سولفوریک %10 ، سطح دما 100 درجه سلسیوس و مدت نگهداشت سه ساعت تعیین شد. نتایج تخمیر موادی هیدرولیز شده اسیدی با استفاده از مخمر سایکرومایسس و تقطیر آن نشان داد بیشترین مقدار بیواتنول پس از 24 ساعت حاصل شد و از هر کیلوگرم الیاف خام خرما مقدار 127/2 گرم بیواتانول بدست آمد.
کلمات کلیدی : بهینهسازی، بیواتانول، تاگوچی، الیاف خرما
مقدمه
بیواتانول یک سوخت زیستی تجدید پذیر است که در اثر تخمیر الکلی سلولز موجود در مواد لیگنوسلولزی تولید میگردد. منابع تولید بیواتانول با توجه به کشت گیاهی غالب هر منطقه متفاوت است. در ایران ملاس چغندر و تفاله نیشکر، در برزیل نیشکر، در امریکا ذرت، در اروپا سیبزمینی منبع عمده تولید بیواتانول هستند. بیواتانول را میتوان به صورت خالص یا با سوخت های معمولی مخلوط و در موتورهای احتراقی استفاده کرد. محصولات مختلف، براساس مقدار سلولز و سایر مواد قندی در آن ها، قابلیت تولید بیواتانول متفاوتی دارند. به عنوان مثال از هر کیلوگرم کاه گندم حدود 290 گرم، از هر کیلوگرم سنبل آبی مقدار 192 گرم بیواتنول بدست آمده است.
در تهیه بیواتانول از مواد لیگنوسلولزی سه مرحله عمده - 1 کاهش لیگنین، - 2 هیدرولیز - 3 تخمیر و - 4 تقطیر وجود دارد. مرحله کاهش لیگنین که به منظور دستیابی راحتتر به سلولز انجام می شود با خیساندن مواد لیگنوسلولزی در یک محلول قلیایی انجام میپذیرد. در این فرآیند فاکتورهایی چون غلظت محلول، دمای محلول، اندازه ذرات و زمان نگهداشت ماده در محلول نقش مهمی دارند. در مرحله هیدرولیز ماده لیگنوسلولزی در یک محلول اسیدی نگهداری می شود تا پیوندهای سلولز و سایر پلی ساکارید شکسته و به ساکاریدهای ساده تری تبدیل شوند. در این مرحله نوع اسید و غلظت آن، دمای محلول و زمان نگهداشتن نقش دارند.
در مرحله تخمیر نوع و مقدار مخمر نقش عمده را دارند. ضمن اینکه pH محیط و دمای آن نیز باید برای فعالیت مخمر بهینه باشند. در مرحله تقطیر محلول بدست آمده که حدود %10 بیواتنول دارد خالص سازی شده و به اتانول با درجه خلوص %95 می رسد . در هریک از این مراحل فاکتورهای مختلفی نقش دارند که با مطالعه اثر این فاکتورها و تنظیم آن ها میتوان زمان فرآیند را کاسته و بر مقدار استحصال بیواتانول افزود.روشهای مختلفی برای بهینه سازی پارمترهای موثر در یک فرآیند وجود دارد. در طرحهای پایه آماری یک عامل در هر مرحله مورد بررسی قرار میگیرد که فرآیندی بسیار وقت گیر است. در آزمایشهای فاکتوریل دو یا چند عامل با هم مورد مقایسه قرار میگیرند که اینگونه آزمایشات نه نتها از نظر اقتصادی و زمان به صرفه بوده بلکه اثر متقابل فاکتورها نیزقابل بررسی است. بهینه سازی با روش تاگوچی که تعمیم یافته روش فاکتوریل است مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. در این روش
