بهبود توليد اتانول و بيوگاز از كاه گلرنگ با استفاده از فرآوري با سود سوزآور

Improvement of Biogas and Ethanol Production from Safflower Straw Using Sodium Hydroxide Pretreatment

مقدمه: كاه گلرنگ يكي از ضايعات كشاورزي است كه استفادۀ مشخصي از آن نمي‌شود و مي‌تواند به‌عنوان منبعي ارزان قيمت براي توليد سوخت‌هاي زيستي استفاده شود. مواد و روش ها: به‌منظور بهبود بازده توليد بيوگاز و اتانول، پيش‌فرآوري قليايي با سود بر كاه گلرنگ انجام گرفت. پيش‌فرآوري با سود 8درصد در دو دماي مختلف (0 و 100 درجۀ سانتيگراد) و زمان‌هاي 60-10 دقيقه انجام‌گرفت. به‌منظور بررسي اثر پيش‌فرآوري بر بازده گلوكز، نمونه‌هاي جامد به‌روش آنزيمي هيدروليز شد. به‌منظور توليد متان، مايع حاصل از پيش‌فرآوري تحت فرآيند هضم بي‌هوازي قرارگرفت. از بخش جامد حاصل از پيش‌فرآوري نيز به‌صورت جداگانه براي توليد اتانول و بيوگاز استفاده شد. به‌منظور بهينه‌كردن توليد سوخت و مقايسۀ بهتر بين شرايط مختلف، بنزين معادل توليدشده از يك تن كاه محاسبه شد. تحليل آماري نتايج با استفاده از نرم‌افزار Minitab 16 انجام شد. نتايج: بيشترين بازده توليد اتانول و گلوكز پس از پيش‌فرآوري در دماي 100 درجه و زمان 60 دقيقه به دست آمد. بازده گلوكز از كاه پيش‌فرآوري‌نشده تنها 20/6 درصد بود و با پيش‌فرآوري قليايي در بهترين حالت به 84/5 درصد افزايش يافت. همچنين بازده اتانول در بهترين حالت از به 83/2 درصد رسيد؛ در حالي كه براي نمونۀ بدون پيش‌فرآوري 10/8 درصد بود. بيشترين بهبود در توليد متان از بخش جامد پس از پيش‌فرآوري در دماي صفر درجه و زمان 60 دقيقه حاصل شد و به ميزان 191/4 ميلي‌ليتر به‌ازاي هر گرم جامد فرار رسيد كه نسبت به نمونۀ خام افزايش 99/6 درصد را نشان مي‌دهد. بيشترين ميزان بنزين معادل توليدشده به‌حجم 124/9 ليتر، بعد از پيش‌فرآوري در دماي صفر درجه و زمان 60 دقيقه به دست آمد. بحث و نتيجه گيري: پيش‌فرآوري در دماي زياد به‌شكل مؤثرتري بازده هيدروليز آنزيمي و توليد اتانول را بهبود داد. در حالي كه براي توليد بيوگاز دماي كم مؤثرتر بود.

Introduction: Safflower straw is one of the agricultural residues that currently have no specific use. So, it can be used as a cheap source for biofuel production. Materials and methods: Alkaline pretreatment with NaOH was used to improve enzymatic hydrolysis, ethanol, and biogas production from safflower straw. The pretreatment was performed with 8% (w/v) NaOH solution at two different temperatures (0 and 100 °C) for 10-60 min. The liquid fraction of the pretreatment was subjected to anaerobic digestion for methane production. Solid fraction obtained from the pretreatments was used for bioethanol and biogas production in a parallel process. Therefore, two routes were followed for energy production from safflower straw: (1) ethanol production from solid fraction (2) biogas production from liquid fraction. In order to optimize the production of biofuels and compare different pretreatment conditions, the gasoline equivalents were calculated based on one tone of safflower straw after all pretreatment conditions. Statistical validation of the results was carried out using Minitab 16 software. Results: The highest glucose and ethanol production yields were obtained after the pretreatment at 100°C for 60 min. The glucose yield from untreated straw was only 20.6% and improved to 84.5%, whereas the corresponding ethanol yield was improved from 10.8% to 83.2%. The best improvement in methane production from solid fraction was achieved by pretreatment at 0 °C for 60 min, and resulted in 191.4 ml/g VS which was 99.6% higher than methane yield obtained from untreated straw. The highest gasoline equivalent was 124.9 L obtained after pretreatment at 0 oC for 60 min. Discussion and conclusion: Enzymatic hydrolysis and ethanol yields from the safflower straw were improved more by the pretreatment at high temperature. However, low temperature is desirable for methane production.