PL249730B1 - Sposób obróbki wstępnej słomy żytniej przeznaczonej na surowiec do procesów biotechnologicznych - Google Patents

Abstract

Sposób obróbki wstępnej słomy żytniej przeznaczonej na surowiec do procesów biotechnologicznych, polega na tym, że przed procesem mielenia kulowego wysuszoną i rozdrobnioną słomę żytnią miesza się z korundem szlifierskim na wytrząsarce o szybkości 160 obrotów/minutę, w temperaturze pokojowej, po czym prowadzi się mielenie kulowe mieszaniny słomy z korundem szlifierskim, z szybkością 480 obrotów/minutę w czasie 1 - 8 godzin.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki wstępnej słomy żytniej przeznaczonej na surowiec do procesów biotechnologicznych, zwiększającej możliwości obróbki enzymatycznej tej słomy. Zwiększenie możliwości obróbki enzymatycznej pozwoli z kolei na zwiększenie uzysku węgla organicznego zawartego w biomasie słomy.

Człowiek do swojego funkcjonowania i rozwoju potrzebuje dostępu do różnych form energii. Energia ta początkowo pozyskiwana była ze źródeł nieodnawialnych, głównie paliw kopalnych, jak ropa naftowa, gaz ziemny czy węgiel kamienny lub brunatny. Jednakże niefrasobliwe korzystanie z takich form uzysku energii zaczęło skutkować wyczerpywaniem ich źródeł, a co gorsze ze skażeniem i degradowaniem środowiska. Zanieczyszczenie to może przyjmować różne formy, od zniszczenia środowiska i skażenia w miejscu wydobycia kopalin, po zadymienie i zapylenie powietrza podczas ich spalania w trakcie pozyskiwania energii. Ponadto udowodniono, że zanieczyszczanie powietrza produktami spalania kopalin, powoduje gromadzenie się gazów cieplarnianych, co przekłada się pośrednio na efekt globalnego ocieplenia.

W związku z tym rozpoczęto poszukiwanie źródeł odnawialnych energii. Okazało się, iż jako źródło energii odnawialnej można wykorzystać także energię pochodzącą z biomasy. Biomasa to zazwyczaj różnego typu materiały lignocelulozowe wykorzystywane szeroko m.in. w przemyśle rolno-spożywczym czy przemyśle drzewnym, jak słoma czy trociny. Substraty te ze względu na swoją budowę chemiczną i skład (celuloza, hemiceluloza i ligniny) wymagają obróbki wstępnej przed właściwym procesem biotechnologicznym w celu zwiększenia jego efektywności.

Znane są sposoby obróbki wstępnej biomas lignocelulozowych przy użyciu czynników chemicznych, fizycznych i biologicznych. Spośród czynników fizycznych najczęściej stosowane są eksplozja parowa i mielenie. Do obróbki wstępnej biomasy roślinnej mogą być użyte różnego rodzaju młyny mielące, np. młyn kulowy. Zakłada się, iż mielenie powoduje zmniejszenie krystaliczności materiałów ligninocelulozowych, zmniejszenie rozmiaru cząstek oraz zwiększenie powierzchni dostępnej dla działania enzymów.

Z czasopisma Energy Conversion and Management vol. 101, 2015, s. 481-488 jest znana obróbka wstępna surowej słomy kukurydzianej przed procesem jej hydrolizy przy użyciu komercyjnych enzymów, polegająca na mieleniu przy użyciu młyna kulowego (średnica kulek z tlenku cyrkonu 5, 7, 10 mm, liczba obrotów - 500 rpm, czas 20 godzin), a następnie na obróbce chemicznej mieszaniną zawierającą kwas siarkowy, nadtlenek wodoru, etanol i wodę, w temperaturze 100-150°C.

W opisie patentowym US 8062428 B wykorzystuje się lite materiały kwasowe jako katalizatory chemiczne do rozkładu materiałów zawierających celulozę, przy czym kontakt katalizatora z materiałem celulozowym zapewnia młyn kulowy. Zawartość wody w katalizatorze lub materiale celulozowym nie powinna być większa niż 45%. Katalizatory mogą być nasączane kwasem, np. kwasem solnym.

W opisie patentowym PL 236525 ujawniono sposób obróbki wstępnej słomy żytniej przeznaczonej na surowiec do procesów biotechnologicznych, w którym słomę żytnią rozdrobnioną na cząstki o wielkości 0,2-15 mm nawilża się 1-10% roztworem wodnym kwasu siarkowego użytym w ilości 10-15 cm³/g rozdrobnionej słomy, w temperaturze pokojowej w czasie 5-15 minut okresowo ją mieszając i następnie prowadzi hydrolizę kwasową nawilżonej słomy utrzymując ją w temperaturze 121°C przez okres 30-120 minut.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu obróbki wstępnej słomy żytniej przed poddaniem jej obróbce enzymatycznej, w drodze mielenia kulowego na cząstki łatwo dostępne dla enzymów.

Sposób obróbki wstępnej słomy żytniej przeznaczonej na surowiec do procesów biotechnologicznych, z wykorzystaniem mielenia kulowego wysuszonej słomy, według wynalazku charakteryzuje się tym, że przed procesem mielenia kulowego słomę żytnią wysuszoną do wilgotności poniżej 10%, rozdrobnioną na cząstki o wielkości 5-25 mm, miesza się z korundem szlifierskim przy stosunku wagowym korundu do wysuszonej słomy równym od 1:2 do 1:1, na wytrząsarce o szybkości 160 obrotów/minutę, w temperaturze pokojowej w czasie 5-10 minut, po czym prowadzi się mielenie kulowe mieszaniny słomy z korundem szlifierskim z szybkością 480 obrotów/minutę w czasie 1-8 godzin.

Słoma żytnia po obróbce sposobem według wynalazku jest łatwo dostępna do penetracji enzymów. Zwiększenie dostępności jest wynikiem zmniejszania wielkości cząstek tego materiału oraz jego objętości. Rozdrobnienie słomy uzyskane w wyniku obróbki sposobem według wynalazku niszczy bowiem struktury lignocelulozowe i hemicelulozowe chroniące celulozę powodując, że staje się ona łatwo dostępna dla enzymów. Dodatkową zaletą sposobu według wynalazku jest możliwość odzyskania i ponownego użycia materiału ściernego tj. korundu szlifierskiego.

Przedmiot wynalazku ilustrują poniższe przykłady.

Przykład I

Do pojemnika o pojemności 500 cm³, zawierającego 50 g słomy żytniej wysuszonej do wilgotności około 5%, rozdrobnionej na cząstki o wielkości 5-25 mm, wprowadzono 25 g korundu szlifierskiego i całość mieszano w temperaturze pokojowej przez okres 10 minut na wytrząsarce przy szybkości 160 obrotów/minutę. Następnie mieszaninę słomy i korundu wprowadzono do młyna kulowego i mielono przez okres 8 godzin z prędkością 480 obrotów/minutę.

Po okresie 8 godzin słoma żytnia zmniejszyła swoją objętość o 80% i wielkość pojedynczych cząstek nie przekraczała 1 mm.

Dla celów porównawczych 50 g wysuszonej słomy żytniej wysuszonej do wilgotności około 5%, rozdrobnionej na cząstki o wielkości 5-25 mm, wprowadzono do młyna kulowego i mielono przy użyciu kulek ze stali nierdzewnej przez okres 8 godzin z prędkością 480 obrotów/minutę.

Po okresie 8 godzin słoma żytnia zmniejszyła swoją objętość o 2%, a wielkość pojedynczych cząstek nie zmieniła się i wynosiła od 5 do 25 mm.

Przykład II

Do pojemnika o pojemności 500 cm³, zawierającego 100 g słomy żytniej wysuszonej do wilgotności około 5%, rozdrobnionej na cząstki o wielkości 5-25 mm, wprowadzono 100 g korundu szlifierskiego i całość mieszano w temperaturze pokojowej przez okres 5 minut na wytrząsarce przy szybkości 160 obrotów/minutę. Następnie mieszaninę słomy i materiału ściernego przeniesiono do młyna kulowego i mielono przez okres 3 godzin z prędkością 480 obrotów/minutę.

Po okresie 3 godzin słoma żytnia zmniejszyła swoją objętość o 60%, a wielkość pojedynczych cząstek nie przekraczała 1 mm.

Claims (1)

1. Sposób obróbki wstępnej słomy żytniej przeznaczonej na surowiec do procesów biotechnologicznych, z wykorzystaniem mielenia kulowego wysuszonej słomy, znamienny tym, że przed procesem mielenia kulowego słomę żytnią wysuszoną do wilgotności poniżej 10%, rozdrobnioną na cząstki o wielkości 5-25 mm, miesza się z korundem szlifierskim przy stosunku wagowym korundu do wysuszonej słomy równym od 1:2 do 1:1, na wytrząsarce o szybkości 160 obrotów/minutę, w temperaturze pokojowej w czasie 5-10 minut, po czym prowadzi się mielenie kulowe mieszaniny słomy z korundem szlifierskim, z szybkością 480 obrotów/minutę w czasie 1-8 godzin.