Novi trendovi u proizvodnji etanola kao biogoriva

Povećanje emisije stakleničkih plinova, energetska ovisnost i nestabilnost isporuke energenata posljedica su ubrzane potrošnje fosilnih goriva zbog ubrzanog rasta svjetske populacije i industrijalizacije. Bioetanol je postao atraktivno zamjensko biogorivo jer se proizvodi iz obnovljivih sirovina i ekološki je prihvatljiv. Upotrebljava se kao pogonsko gorivo i to kao hidrirani (96 %) ili bezvodni (u mješavinama s benzinom). Bioetanol se proizvodi fermentacijom s kvascem S. cerevisiae ili nekim drugim mikroorganizmom iz ugljikohidrata kao što su jednostavni šećeri, škrob i celuloza. Nakon fermentacije, bioetanol se izdvaja i pročišćava destilacijom i dehidracijom. Sastav je propisan specifikacijama za primjenu u motornim gorivima. Uobičajeni usjevi, kao što su kukuruz, šećerna repa i trska, zasad su osnovne sirovine za proizvodnju bioetanola. Međutim, proizvodnja bioetanola iz ovih sirovina ne može zadovoljiti globalne potrebe za bioetanolom, zbog njihove primarne uloge u prehrani ljudi i životinja. Lignoceluloza je pogodna sirovina za proizvodnju bioetanola jer je široko rasprostranjena, obnovljiva i ne upotrebljava se u prehrani. Proizvodnja bioetanola iz lignoceluloznih sirovina je složen proces, koji se u mnogim aspektima razlikuje od proizvodnje iz šećernih ili škrobnih sirovina. U ovom radu prikazane su dosadašnje i nove tehnologije u proizvodnji bioetanola uključujući primjenu različitih sirovina, postupaka proizvodnje i radnih mikroorganizama. Nadalje, navedene su mogućnosti integracije osnovnih koraka u bioprocesima proizvodnje s ciljem povećanja produktivnosti i smanjenja troškova proizvodnje.

Rapidly growing fossil energy consumption, due to population and industrial growth, has caused increasing greenhouse-gas emissions, growing energy dependency and supply insecurity. Bioethanol has become an attractive alternative biofuel because of its environmental benefits and the fact that it is made from renewable resources. Ethanol is widely used as transport fuel, pure hydrous ethanol or anhydrous ethanol in mixtures with gasoline (Fig. 1). Bioethanol is produced from carbohydrates such as sugar, starch and cellulose by fermentation with yeast S. cerevisiae or other microorganisms. Thereupon, ethanol is separated and purifyed by distillation-rectification-dehydration to meet fuel specifications. Currently, conventional crops such as corn or sugarcane are the main feedstock for bioethanol production. Bioethanol production from the sucrose-containing feedstock is simpler compared to the starchy materials and the lignocellulosic biomass due to an additional step – feedstock hydrolysis. The process of ethanol production from starchy materials includes the hydrolysis of starch to glucose using α-amylase (1,4-α-D-glucan-4-glucanohydrolase) and glucoamylase (1,4-α-D-glucanglucohydrolase). Finally, the glucose is fermented to ethanol by yeast cells. Enzymatic hydrolysis of starch and fermentation of glucose can be carried out in different process configurations, such as separate hydrolysis and fermentation (SHF), and simultaneous saccharification and fermentation (SSF, Fig. 2). In consolidated bioprocessing (CBP), the conversion of starch into ethanol is performed in one step without added enzymes. This process configuration has potential to lower the cost of biomass processing due to elimination of operating and capital costs associated with dedicated enzyme production. Current bioethanol production from corn and sugarcane is unable to meet the global demand for bioethanol, due to their primary value as livestock feed and human food. The lignocellulosic biomass such a