بررسي سينتيكي فرآيند توليد بيواتانول از محصولات هيدروليز آنزيمي زيست‌توده ريز جلبك

Kinetic Study on Bioethanol Production from Enzymatic Hydrolysates of Microalgal Biomass

ريزجلبك‌ها با ذخايري از كربوهيدرات‌ها به‌‌عنوان يكي از نويدبخش‌ترين منابع اوليه براي توليد بيواتانول معرفي شده‌اند. در اين تحقيق، براي كاهش هزينه‌هاي فرآيندي از گونه‌هاي مختلط ريزجلبك استفاده شد. سپس استراتژي قحطي نيتروژن براي افزايش تجمع كربوهيدرات‌ها در ريزجلبك به كار گرفته شد. استفاده از كشت مختلط ريزجلبك به‌دليل عدم نياز به فرآيندهاي استريل‌كردن، باعث توجيه‌پذيري اقتصادي فرآيند خواهد شد. بعد از برداشت و خشك‌نمودن توده زيستي ريزجلبك، فرآيند هيدروليز آنزيمي زيست‌توده ريزجلبك به‌منظور استخراج كربوهيدرات‌هاي ريزجلبك صورت گرفت. سپس محصولات هيدروليز آنزيمي توده زيستي ريزجلبك (25، 50 و 100گرم بر ليتر)، با استفاده از مخمر ساكارومايسس سروزيا تخمير شد و مدل‌هاي سينتيكي فرآيند تخمير مورد مطالعه قرار گرفت. در مدل‌هاي سينتيكي، اثر مهاركنندگي سوبستراي گلوكز و محصول بيواتانول در نظر گرفته شد. نرم‌افزار اكوسيم 0/2 براي مدل‌سازي فرآيند توليد بيواتانول به كار رفت. مقادير حداكثر سرعت رشد مخصوص مخمر (μ) و ثابت اشباع رشد مونود (KS) به‌ترتيب h-1281/0 و 8/1گرم بر ليتر به‌دست آمد. همچنين نتايج نشان دادند كه مدل سينتيكي به‌خوبي رفتار سيستم را پيش‌بيني كرده است

Microalgae with stores of carbohydrates are introduced as a promising energy resource to produce bioethanol. In this study, a mixed microalgae culture was used for reducing the processing costs. Afterward, nitrogen starvation strategy was used to increase the carbohydrates storage in microalgae. The application of mixed microalgae cultures enhances the economic feasibility of the process due to the elimination of culture sterilization. After harvesting and drying of microalgae, enzymatic hydrolysis of microalgal biomass for carbohydrates extraction was performed. Afterward, the enzymatic hydrolysate of microalgal biomass (25, 50, 100g/L) underwent fermentation with Saccharomyces cerevisiae and kinetic models for fermentation were studied. The inhibition of glucose substrate and bioethanol product was considered in the kinetic model. AQUASIM 2.0 software was used as a tool to simulate the fermentation process. The estimated values of the maximum specific growth rate (μmax) and Monod constant (Ks) were found to be 0.281h −1 and 1.8g/L, respectively. Also, the results indicate that the kinetic model predicted the behavior of the system well.