scan0096 2

11. PRODUKCJA ETANOLU

ILI. Etanol — serowiec chemiczny i paliwo

Etanol jest bezbarwną cieczą o gęstości 789,4 kg/m\ wrzącą w temperaturze 78,4°C pod normalnym ciśnieniem (0,1013 MPa). Ciepło spalania etanolu wynosi ok. 27 MJ/kg.

Etanol jest bardzo ważnym surowcem w przemyśle chemicznym oraz rozpuszczalnikiem o szerokim zastosowaniu. Etanol jest także wartościowym paliwem.

Jako ciekły nośnik energii ma wiele zalet, do których należą: cena, wygoda w posługiwaniu się, brak toksycznych produktów spalania, powodujących skażenia środowiska. Coraz szerzej stosowany jest etanoł jako dodatek do benzyny. Mieszanka etanolu z benzyną w stosunku 1:9 lub 2:8 jest obecnie z powodzeniem stosowana m.in. w Brazylii, USA, Finlandii. Dodatek etanolu do benzyny umożliwia znaczne zmniejszenie ilości dodawanego cztercctylku ołowiu, a nawet całkowite wyeliminowanie tego związku chemicznego. Z tego względu zastosowanie etanolu jako składnika paliw silnikowych ma bardzo duże znaczenie z punktu widzenia ochrony środowiska.

Etanol może być otrzymywany na drodze syntezy chemicznej z etanu. Wytwarzanie etanolu przez fermentację jest jednak tańsze. W fermentacji etanolowej wykorzystywane są surowce odnawialne, co stanowi dodatkową zaletę metody biochemicznej nad chemiczną.

Surowce służące do otrzymywania etanolu w wyniku fermentacji można podzielić na dwie główne grupy:

-    zawierające cukry proste i dwucukry: melasa, serwatka, sok z trzciny cukrowej, sok z buraków cukrowych, ług posiarczynowy; Surowic należące do tej grupy nadają się do bezpośredniego wykorzystania w fermentacji etanolowej;

-    zawierające wielocukry - skrobia bądź celuloza; Surowce tc wymagają obróbki wstępnej mającej na celu ich scukrzenie.

Podstawowe surowce do produkcji etanolu są takie same jak surowce cuk-rou'e służące do produkcji biomasy mikroorganizmów. W wielu wypadkach wytwarzanie etanolu stanowi alternatywę wobec wykorzystania danego surowca (produktu odpadowego) do produkcji biomasy.

I u

Odrębnie należy potraktować produkcję różnego rodzaju napojów alkoho lowych. Technologie wytwarzania piwa i wina należą do najstarszych techno logii biochemicznych. W wielu krajach piwowarstwo i winiarstwo należą do ważnych dziedzin wytwórczych, chlubiących się długą tradycją. Światowa produkcja piwa osiągnęła w 1991 roku 104 mid dm³, zaś wina 28,5 mkl dm'

11,2. Mikroorganizmy

Podobnie jak w większości procesów biotechnologicznych, dobór właściwego mikroorganizmu ma podstawowe znaczenie dla efektywności procesu fermentacji etanolowej. Wymagania dotyczące mikroorganizmów wykorzystywanych w fermentacji etanolowej obejmują, obok wysokiej wydajności konwersji substratu oraz dużej szybkości fermentacji, również odporność na toksyczne działanie etanolu. W warunkach hodowli przemysłowej istotne znaczenie ma stabilność stosowanych szczepów. Z technologicznego punktu widzenia korzystna jest zdolność organizmów do fermentacji w podwyższonej temperaturze.

Zdolność do fermentacji etanolowej wykazuje wiele mikroorganizmów. Jedynie drożdże spełniają podstawowe wymagania tego procesu i tradycyjnie już są wykorzystywane w różnorodnych technologiach produkcji etanolu. Wynika to z faktu, iż katabolizm cukrów w drożdżach na drodze Embden--Meycrhof-Pamasa (EMP) prowadzi do wytwarzania prawie wyłącznie jednego produktu (homofermentacja). Drożdże mogą wytwarzać etanol w znacznym stężeniu. Drożdże Saccharomyces cerevisiae, dla przykładu, mogą w hodowli okresowej wytwarzać do 12% etanolu, zaś wolno rosnące drożdże Saccharomyces sake nawet do 20% objętościowych etanolu. W warunkach beztlenowych drożdże produkują jedynie minimalne ilości innych produktów fermentacji. takich jak np. glicerol, metanol. Zaletą drożdży jest ich zdolność do fermentowania szerokiego spektrum substratów.

Oczywiście dla różnego typu substratów należy stosować odpowiednie szczepy drożdży.

Pewnym ograniczeniem natury technologicznej jest to, że fermentacja przy użyciu drożdży musi być prowadzona w temperaturze poniżej 40°C. W wyższych temperaturach następuje hamowanie wzrostu oraz wzmaga się toksyczne oddziaływanie etanolu. Oznacza to konieczność chłodzenia fermentorów, w których prowadzona jest fermentacja etanolowa w dużej skali.

Niektóre bakterie produkują etanol zarówno w warunkach beztlenowych, jak i tlenowych, wykazując dużą wydajność fermentacji. W przeciwieństwie do drożdży, bakterie wytwarzają oprócz etanolu wiele innych końcowych produktów katabolizmu, takich jak: inne alkohole (butanol, izopropanol), glikol, kwasy organiczne (octowy, propionowy, mlekowy, mrówkowy, masło-wy), ketony (aceton).