Náttúrufræðingurinn - 2013, Qupperneq 80

Náttúrufræðingurinn
80
Framleiðsla á etanóli
úr flóknum lífmassa með
hitakærum bakteríum
Inngangur
Framleiðsla á etanóli úr lífrænum
efnum með gerjun örvera hefur
verið þekkt mjög lengi. Gersvepp-
urinn Saccharomyces cerevisae hefur
verið notaður frá örófi alda til
framleiðslu á víni og bjór og við
gerjun á brauði og öðrum bökunar-
vörum. Notkun sveppsins til að
fram leiða etanól sem notað er sem
lífeldsneyti er hins vegar nýrra af
nálinni og má rekja til Brasilíu á
fyrri hluta síðustu aldar og síðar
einnig til Bandaríkjanna en þessi
lönd eru langstærstu etanól fram-
leiðendur í heiminum í dag.1 Hrá-
efnið sem þessi lönd nota er annars
vegar tvísykran súkrósi, unnin úr
sykurreyr í Brasilíu og sterkja, sem
unnin er úr korni, aðallega maís, í
Bandaríkjunum.1 Bæði þessi hráefni
eru tiltölulega auðniðurbrjótanleg
og þurfa litla formeðhöndlun fyrir
gerjun. Í þessum löndum hafa
stjórn völd sett á laggirnar stór
verkefni til þess að auka þessa
framleiðslu. Þetta hefur nú á síðari
árum sætt mikillar gagnrýni vegna
margvíslegra ástæðna. Í fyrsta lagi
er þessi framleiðsla etanóls í beinni
samkeppni við fóður og matvæla-
framleiðslu og hefur leitt til hækk-
unar á matvælaverði í heiminum
í dag.2 Í öðru lagi er þessi etanól
framleiðsla ekki eins umhverfisvæn
og menn töldu í upphafi. Oft þarf
t.d. að ryðja land til ræktunar og
þó svo að um sé að ræða endur-
nýjan legan orkugjafa þá þarf að sá
plöntunum á ræktunarsvæði, ná í
það eftir að ræktun lýkur, formeð-
höndla lífmassann fyrir gerjunina
auk eimingar á eftir gerjun.3 Við
langflesta af þessum þáttum er not-
uð orka sem er ekki endurnýjanleg.
Á síðari árum hefur því áhugi
manna beinst að framleiðslu á
etanóli úr s.k. flóknum lífmassa
(e. lignocellulosic biomass). Slíkur
lífmassi er til staðar í öllum plöntum
og samanstendur af sellullósa,
hemisellulósa og tréni (e. lignin) (1.
mynd). Sellulósi er glúkósa fjölliða
en hemisellulósi er samsettur úr
margvíslegum sykrum sem inni-
halda bæði hexósur og pentósur
auk annarra sykurafleiða.4 Fjöl lið-
urnar eru samofnar í lífmassanum
en til að nýta bæði sellulósa og
hemi sellulósa til etanólframleiðslu
þarf fyrst að losa um þær og aðskilja.
Þetta er yfirleitt gert með því að
nota margvíslega efnafræðilegar
formeðhöndlanir en oftast er væg
sýra eða vægur basi notaður.3 Eftir
slíka formeðhöndlun þarf síðan að
vatnsrjúfa (e. hydrolyse) fjölliðurnar
í einsykrur áður en hægt er að gerja
þær í etanól. Gerjun slíks hráefnis
er því mun dýrari kostur en að nota
einfaldari lífmassa eins og sterkju
og sykrur. Yfirlit yfir framleiðslu
etan óls úr einföldu hráefni (sykrur,
Jóhann Örlygsson
Möguleg framleiðsla á etanóli með gerjun örvera hitakærra baktería hefur
á síðari árum verið talsvert rannsökuð í heiminum til fram leiðslu á lífrænu
eldsneyti og þá aðallega sem mótvægi við fram leiðslu jarðefnaeldsneytis.
Megin ástæða aukinnar umfjöllunar á slíkri framleiðslu er vegna hækk-
andi hitastigs á jörðinni, en aukinn styrkur koltvísýrings vegna bruna jarð-
efnaeldsneytis er talinn valda því. Etanól er ein tegund lífræns eldsneytis
sem hægt er að framleiða með gerjun og hefur framleiðslan aukist
gríðar lega á síðari árum, aðallega þó úr einföldum sykrum og hráefni
sem er í beinni samkeppni við fóður og matvæli. Augu manna hafa því
beinst að etanólframleiðslu úr öðru hráefni eins og t.d. flóknum lífmassa
(e. lignocellulose). Farið verður yfir þá gerj unar ferla sem gersveppir og
bakterí ur nota til framleiðslu á etanóli en hitakærar bakteríur skoðaðar
sér stak lega, og þá aðallega bakterí ur sem hafa verið einangraðar úr
íslensk um hverum. Farið verður yfir helstu nýtnitölur sem heimilir eru
til um hvað varðar etanól fram leiðslu, bæði úr einföldum sykrum sem
og úr hýdrólýsötum úr flóknari lífmassa. Helstu ættkvíslum hita kærra
baktería (Clostridium, Thermo anaero bacter, Thermoanaerobacterium) sem eru
þekktar sem öflugir etanól framleiðendur er lýst og kostir og gallar þess
að nota hitakærar bakt eríur í slíkri fram leiðslu eru tíund aðir. Að lokum
er velt fyrir sér þeim möguleikum sem felast í notkun slíkra baktería til
etanólframleiðslu úr íslenskum lífmassa.
Náttúrufræðingurinn 83 (1–2), bls. 80–86, 2013
Ritrýnd grein