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Lignocellulose

Lignocellulose bezieht sich auf alle faserigen Pflanzenstoffe (Biomasse) wird diese auch als lignocellulosehaltige Biomasse bezeichnet. Es ist der häufigste Rohstoff auf Boden für die Herstellung Biotreibstoff, hauptsächlich Bioethanol. Es besteht aus Kohlenhydratpolymeren (Zellulose, Hemizellulose) und ein aromatisches Polymer (Lignin). Diese Kohlenhydratpolymere enthalten mehrere Zuckermonomere (sechs und fünf Kohlenstoffzucker) und sind eng mit Lignin verbunden. Lignocellulosehaltige Biomasse kann grob in natürliche Biomasse, Biomasseabfälle und Energiepflanzen unterteilt werden. Natürliche Biomasse umfasst alle natürlich vorkommenden Pflanzen wie Bäume, Sträucher und Gräser. Biomasseabfälle sind das geringwertige Restprodukt aus verschiedenen Industriebereichen wie z Landwirtschaft (MaisstrohZuckerrohr Bagasse, Stroh usw.) und Forstwirtschaft (Überreste der Sägewerk und Papierfabrik). Energiepflanzen sind Pflanzen mit einem hohen Ertrag an lignozellulosehaltiger Biomasse, die als Rohstoff für Biokraftstoffe der zweiten Generation produziert werden; Beispiele sind Fingergras (Panik virgatum) und Elefantengras.

Energiepflanzen

Viele Nutzpflanzen sind interessant für ihre Fähigkeit, große Mengen an Biomasse zu produzieren, sie können mehrmals im Jahr geerntet werden. Das beinhaltet Pappeln und Miscanthus giganteus (Chinesischer Riesenstock). Die häufigste Energiepflanze ist Zuckerrohr, das eine Quelle für leicht fermentierbare Saccharose und das Nebenprodukt Lignocellulose Bagasse.

Anwendungen

Die Papierindustrie

Lignocellulose-Biomasse ist der Rohstoff für die Papierindustrie. Diese energieintensive Industrie konzentriert sich auf die Abtrennung des Lignins aus den Zelluloseanteilen der Biomasse.

Biokraftstoffe

lignocellulosehaltige Biomasse wie biomass Brennholz existiert seit Jahrhunderten als Brennstoff. Seit Mitte des 20. Jahrhunderts wächst das Interesse an der Nutzung von Biomasse zur Herstellung „flüssiger“ Kraftstoffe, nämlich der Fermentationsprozess (Fermentation) um Lignocellulose in . umzuwandeln Ethanol.[1] Dies ist eine interessante Möglichkeit, fossile Brennstoffe ersetzen. Biomasse ist eine CO2-neutrale Energiequelle: Da sie aus Pflanzen stammt, wird durch die Verbrennung von lignozellulosehaltiger Biomasse kein zusätzliches Kohlendioxid hinzugefügt Kohlenstoffzyklus oben. Neben Ethanol sind viele andere Brennstoffe auf Basis von lignocellulosehaltiger Biomasse von Interesse, darunter: Butanol, 2,5-Dimethylfuran, und gamma-Valerolacton.[2]

Eine Herausforderung bei der Herstellung von Ethanol aus Biomasse besteht darin, dass die notwendigen Zucker in der Lignocellulose eingeschlossen sind. Lignocellulose wurde entwickelt, um den Abbau zu verhindern, Hydrolysereaktionen stabilisieren und strukturieren die Zellwände der Pflanzen. Diese Robustheit beruht auf der Kopplung der Polysaccharide (Cellulose und Hemicellulose) und des Lignins durch Ester und Äther Verbindungen.[3] Es werden Esterbindungen zwischen oxidierten Zuckern, Uronsäuren und den Phenol- und Phenylpropanol-Funktionalitäten des Lignins gebildet. Um die fermentierten Zucker zu extrahieren, muss man zuerst die Cellulose vom Lignin lösen und dann mit sauren oder enzymbasierten Methoden die neu freigesetzte Cellulose extrahieren. hydrolysieren, so dass sie in einfache Monosaccharide zerlegt werden. Eine weitere Herausforderung bei der Biomassefermentation ist der hohe Anteil an Pentosen in der Hemicellulose, wie z Xylose oder Holzzucker. Im Gegensatz zu Hexosen wie Glucose sind Pentosen schwer zu fermentieren. Die Probleme der Lignin- und Hemicellulosefraktionen sind Gegenstand vieler zeitgenössischer Studien.

Ein Großteil der Forschung zur Nutzung lignocellulosehaltiger Biomasse als Rohstoff für Bioethanol konzentriert sich insbesondere auf den Pilz Trichoderma reesei, das für seine Celluloseeigenschaften bekannt ist. Mehrere Richtungen werden untersucht, einschließlich der Entwicklung einer optimierten Mischung aus Zellulosen und Hemizellulosen, die von T. reesei und genetische Manipulation des Pilzes, so dass er mit der lignozellulosehaltigen Biomasse platziert werden und die Materie in Glucosemonomere zerlegen kann.[4] Stammverbessernde Methoden haben zu Stämmen geführt, die in der Lage sind, deutlich mehr Cellulose zu produzieren als das ursprüngliche QM6a-Isolat; bestimmte Industriestämme können bis zu 100 g Zellulose pro Liter Schimmel produzieren[5], so dass es möglich wird, möglichst viele Zucker aus der lignocellulosehaltigen Biomasse zu extrahieren. Diese Zucker können dann fermentiert werden, was zu Bioethanol führt.

Verweise

  1. ↑ (Juni 2009). Zellulose-Biokraftstoffe. Jährliche Überprüfung der Pflanzenbiologie 60 (1): 165–182. DOI: 10.1146/annurev.arplant.043008.092125.
  2. ↑Barbara A. Tokay "Biomass Chemicals" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. DOI:10.1002/14356007.a04_099
  3. ↑Die biologischen Barrieren für Zellulose-Ethanol durchbrechen: Eine gemeinsame Forschungsagenda. Bericht vom Dezember 2005 Workshop (PDF) (Juni 2006). Abgelegt am 7. Februar 2017. Zugegriffen unter 6. Dezember 2017.
  4. ↑Biokraftstoffe werden zu Pilzen - Interview mit Frédéric Monot und Antoine Margeot, Abteilung Angewandte Chemie und Physikalische Chemie am IFPEN. IFP Energies nouvelles. Abgelegt am 6. Dezember 2017. Zugriff im Juli 2015.
  5. ↑Biokraftstoffproduktion – Jüngste Entwicklungen und Perspektiven. InTech. DOI:10.5772/16848 (15. September 2011), „Kapitel 13: Trichoderma reesei: A Fungal Enzyme Producer for Cellulosic Biofuels“, S. 321. ISBN 978-953-307-478-8 .

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