Thermophilic ethanol and hydrogen production from lignocellulosic biomass

Abstract

Tvær loftfirrtar, hitakærar bakteríur voru einangraðar úr heitum hverum árið 2007, önnur af Kröflusvæðinu (Víti) á NA Íslandi (AK17) og hin í Grensdal á SV Íslandi (AK14). Stofn AK14 tilheyrir ættkvísl Clostridium var sérstaklega rannsökuð m.t.t. vetnisframleiðslu. Framleiðsla á myndefnum við gerjun á glúkósa og xýlósa var könnuð sem og áhrif mismunandi upphafsstyrks af glúkósa á gerjunarferlið. Einnig var mikilvægi hlutþrýstings vetnis athugaður á myndun lokaafurða úr glúkósa. Hlutþrýstingur vetnis hefur greinilega áhrif á vetnis framleiðslu stofnsins sem og á framleiðslu annarra lokaafurða. Hár hlutþrýstingur vetnis minnkar ediskýru, smjörsýru og vetnisframleiðslu en etanólframleiðsla eykst. Útbúin voru „hýdrólýsöt“ úr Whatman pappír og flóknum lífmassa (grasi, hálmi, hampi og dagblaða pappír). Hráefnið fékk bæði hita- og efnameðhöndlun (sýra/basi) auk ensímmeðhöndlunar. Hýdrólýsötin voru síðan sett út í loftfirrt æti (5.0 g L-1) og stofninum sáð í það. Ræktað var í eina viku og lokaafurðir (vetni, etanól, fitusýrur) mældar. Stofnin framleiðir mest vetni á sellulósa hýdrólýsati eða 8.5 mól H2 g-1, en minna á dagblaða pappír og lignósellulósa lífmassa (milli 0.26 to 3.60 mól H2 g-1) Þegar notast var við sýru eða basa við formeðhöndlun voru bestu heimturnar af grasi eða 6.23 mól H2 g-1. Hjá stofni AK17 var megináherslan á etanól framleiðslu. Etanólheimtur úr glúkósa og xýlósa voru 1.5 og 1.1 mól/mól. Áhrif umhverfisþátta á etanólheimtur úr flóknum lífmassa var rannsökuð. Rannsakað var hvaða áhrif mismunandi styrkur af hýdrólýstötum (Whatman pappír og gras) höfðu á etanólheimtur, sem og mismunandi styrkur af ensímum og efnum (sýru/basa) sem notaðar voru í formeðhöndlun. Að lokum voru niðurstöður notaðar til að rækta stofninn við kjöraðstæður. Þetta leiddi til þess að etanólheimtur voru , 5.5 og 8.6 mM g-1 á grasi og sellulósa. Að auki var skoðuð áhrif hindrandi efna, en myndun lokaafurða verður augljóslega fyrir hindrun þegar furfural og hydroxymethylfurfural er bætt í ætið. Það koma í ljós að framleiðsla lokaafurða stöðvast algjörlega við 4 og 6 g-1.Nauðsynlegt er að notast við formeðhöndlun þegar flókin lífmassi er notaður. Í báðum greinum voru meiri heimtur af lokaafurðum þegar sýra/basi var notaður í formeðhöndlunni. Meira af sellulósa og hemisellulosa er þá laus í hýdrólýsatinu, sem bakterían getur nýtt sér og gerjað og framleitt vetni, etanól og ediksýru.Lykilorð: Hitakærar loftfirrtar bakeríur, vetni, lífetanól, flókinn lífmassi, formeðhöndlun.