Einfluss von Lignocelluloseaufschlüssen auf die nachgeschaltete enzymatische Verzuckerung sowie Ethanol-Fermentation von Biertreber

Abstract

Der fortschreitende Klimawandel führt zum Umdenken in der Politik. Im Vordergrund steht dabei die Vermeidung der Treibhausgasemissionen durch Verbrennung fossiler Rohstoffe. Durch Nutzung von Biokraftstoffen im Verkehrssektor sind deutliche Einsparungspotenziale möglich. Deshalb wurde ein Mindestanteil dieser Kraftstoffe am Gesamtkraftstoffverbrauch in der Europäischen Union vorgeschrieben. Die Nutzung von Bioethanol ist eine mögliche Variante der Umsetzung. Von besonderem Interesse ist die Ethanolherstellung aus organischen Reststoffen wie z. B. Biertreber. Damit dieser zur Produktion von Bioethanol genutzt werden kann, ist ein Aufschluss der stabilen Lignocellulosematrix notwendig. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde deshalb die Optimierung von zwei verschiedenen Aufschlussverfahren untersucht. Ziel war es dabei, die Struktur des Biertrebers so zu verändern, dass in einer nachgeschalteten enzymatischen Verzuckerung möglichst hohe Monosaccharidkonzentrationen erreicht werden. In einer anschließenden Fermentation wurde die gelöste Glucose zu Ethanol umgesetzt. Zur Bestimmung der optimalen Versuchs-bedingungen wurde ein flächenzentrierter Versuchsplan genutzt. Als unabhängige Größen wurden im Rahmen der statistischen Versuchsplanung die Temperatur, Versuchszeit und Konzentration der verdünnten Natronlauge bzw. Schwefelsäure untersucht. Die Messergebnisse der alkalischen Aufschlüsse zeigten keine eindeutigen Abhängigkeiten von den Versuchsbedingungen. In den meisten Versuchen schwankte die Menge der gelösten Glucose nach der Verzuckerung um eine Konzentration von 4 g/l, was einer Ausbeute von etwa 17 % entsprach. Die Ergebnisse der Fermentation zeigten, dass bei einer Natronlaugen-konzentration von 3 bzw. 5 % (w/v) ein Plateau der Ethanolausbeute erreicht wurde. Die Konzentration betrug ca. 2,2 g/l, was einer Ausbeute von rund 18,5 % entsprach. Die Ergebnisse der sauren Aufschlüsse zeigten einen eindeutigen Trend. Durch Erhöhung der Temperatur, Konzentration und Versuchszeit wurde nach den Aufschlüssen eine Steigerung der Freisetzung der Monosaccharide aus der Hemicellulose nachgewiesen. Das gleiche Verhalten zeigte sich bei der Freisetzung von Glucose nach der enzymatischen Verzuckerung und bei der Ethanolkonzentration nach der Fermentation. Durch Vorbehandlung bei maximaler Temperatur, Konzentration und Versuchszeit wurde eine Glucosekonzentration von 5,5 g/l erreicht, was einer Ausbeute von 26,3 % entsprach. Nach der Fermentation wurde unter diesen Versuchsbedingungen eine Ethanolkonzentration von 3,2 g/l erzielt. Dies entsprach einer Ausbeute von 30,4 %.