Biokraftstoffe: Herstellung von Ethanol aus Zellulose-Material

Quelle: Labors von Margaret Workman und Kimberly Frye - Depaul University

In diesem Experiment wird Zellulose Material (z. B. Maisstroh, Blätter, Gräser, etc.) als Rohstoff für die Herstellung von Ethanol verwendet werden. Die Zellulose Material ist zunächst vorbehandelt (Boden und beheizt), mit Enzymen verdaut und dann mit Hefe vergoren. Ethanol-Produktion wird mit einem Ethanol-Sonde überwacht. Das Experiment kann erweitert werden, um Ethanol-Produktion zu optimieren, durch Variation der Rohstoff verwendet, Vorbehandlung, Enzym-Variation, Hefe Variation usw.. Eine alternative Methode zur Überwachung der Reaktions ist das Kohlendioxid hergestellt (einen Gassensor) Messen statt das Ethanol. Als Low-Tech-Alternative Blutzuckermessgeräte (gefunden in jeder Apotheke) lässt sich die Glukose während des Prozesses überwachen wenn ein Ethanol-Sonde oder Kohlendioxid-Gas-Sensor nicht verfügbar ist.

Mit eine stärkere Betonung "Inquiry-based Learning™", wissenschaftliche Sonden werden immer beliebter. Handheld-Geräte wie das Vernier Lab streben verwendet in Verbindung mit einer Vielzahl von Sensoren (z. B. für Leitfähigkeit, gelösten Sauerstoff und Spannung) erlauben weniger Fokus auf Datenerfassung und/oder Grafiken und mehr auf die Analyse der Daten und Vorhersagen zu treffen. Ein weiterer Vorteil ist, dass diese sind klein und leicht und das Feld für Messungen berücksichtigt werden können.

1. die Probenvorbereitung

1. Wählen Sie Zellulose Material als Rohstoff verwendet werden. Dies kann Maisstroh, Gräser, Blätter, Haustier Bettwäsche oder Papier sein.
2. Mit einer Kugel Mühle Mühle (oder Kaffeemühle wenn Kugel Mühle Mühle nicht verfügbar ist), Mahlen Rohstoff zu einem feinen Pulver mit keine großen Stücke übrig.
3. 1,0 g der Rohstoff und Ort in einem 50 mL Zentrifugenröhrchen zu messen. Beschriften Sie das Rohr mit dem Rohstoff gewählt.
4. Beschriften Sie eine zweite 50 mL Ze

Das % Ethanol in der Lösung wird auf dem handheld-Tablet-Bildschirm mit Hilfe der Software rund um die Marke des Vinylalkohol verwendeten Sensors (Abbildung 2) angezeigt.

Repräsentative Ergebnisse der Prozent Ethanol hergestellt durch verschiedene Rohstoffe ist in Tabelle 1ersichtlich.

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Anwendung und Zusammenfassung

Der Energy Independence and Security Act von 2007 in Recht einen nachwachsenden Brennstoff standard gesetzt. Es erstellt eine Phase für erneuerbare Kraftstoffe Bände ab 9 Milliarden Gallonen im Jahr 2008 und endet bei 36 Milliarden Gallonen im Jahr 2022. Von diesem 36 Milliarden wurde davon ausgegangen, dass 16 Milliarden davon aus zellulosehaltigen Materialien kommen würde. Für das Jahr 2014 war der ursprüngliche Vorschlag für 18,15 Milliarden Gallonen erneuerbaren Kraftstoff, 1,75 Milliarden von diesem aus Zel...

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Referenzen

1. The Energy Independence and Security Act of 2007. United States Congress, Washington DC. January 4, (2007).
2. Balat, M., Balat, H., Oz, C. Progress in bioethanol processing. Progress in Energy and Combustion Science. 34 (2008).
3. Ragauskas, A.J., Williams, C.K., Davison, B.H., Britovsek, G., Cairney, J., Eckert, C.A., Frederick Jr, W.J., Hallett, J.P., Leak, D.J., Liotta, C.L., Mielenz, J.R., Murphy, R., Templer, R., Tschaplinski, T. The Path Forward for Biofuels and Biomaterials. Science. 311 484 (2006).
4. Demirbas, A. Bioethanol from Cellulosic Materials: A Renewable Motor Fuel from Biomass. Energy Source. 27 327-337 (2005).

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Leerer WertProblem

1. die Probenvorbereitung

1. Wählen Sie Zellulose Material als Rohstoff verwendet werden. Dies kann Maisstroh, Gräser, Blätter, Haustier Bettwäsche oder Papier sein.
2. Mit einer Kugel Mühle Mühle (oder Kaffeemühle wenn Kugel Mühle Mühle nicht verfügbar ist), Mahlen Rohstoff zu einem feinen Pulver mit keine großen Stücke übrig.
3. 1,0 g der Rohstoff und Ort in einem 50 mL Zentrifugenröhrchen zu messen. Beschriften Sie das Rohr mit dem Rohstoff gewählt.
4. Beschriften Sie eine zweite 50 mL Zentrifugenröhrchen als "Control". Legen Sie keine Rohstoffe in diesem Rohr.

2. Vorbehandlung

1. Richten Sie einen 500-mL-Becherglas mit etwa 400 mL Wasser auf einer Herdplatte und Hitze zu einem zärtlichen Furunkel.
2. Die 2 Zentrifuge Rohre 25 mL destilliertem Wasser hinzufügen. Wirbel zu mischen. Setzen Sie die Kappe auf die Zentrifuge Rohre lose.
3. Setzen Sie die Zentrifuge Röhren in den Becher voll von sanft kochendes Wasser geben. Achten Sie darauf, dass Wasser aus dem Wasserbad nicht in die Rohre undicht ist. 30 min kochen lassen.
4. Lassen Sie Rohre auf Raumtemperatur abkühlen.

(3) enzymatische Verdauung

1. Beide Röhren 1 mL Enzym Cellulase hinzufügen.
2. Setzen Sie Rohre in einem Inkubator bei 50 ° C für 24 h.
3. Lassen Sie die Röhrchen auf Raumtemperatur abkühlen.

(4) Gärung

1. Fügen Sie jedes der Zentrifuge Rohre 1,0 g aktive Hefe (regelmäßige Lebensmittelgeschäft Hefe ist ok hinzu). Wirbel zu mischen.
2. Setzen Sie eine Luftschleuse auf die Zentrifugenröhrchen. Die Schleuse ermöglicht CO₂ zu entkommen, den Druck in den Zentrifugenröhrchen gering zu halten.
3. Die Zentrifuge Rohre in einem Rack legen Sie und in einem Inkubator bei 37 ° C für 24 h.
4. Über einen Ethanol-Sensor messen Sie die Ethanolkonzentration in das Steuerrohr (Abbildung 1). Ethanol-Sensoren können durch Nonius oder PASCO für etwa $100 pro Person erworben werden.
   
   Abbildung 1. Ethanol-Sonde misst die Ethanolkonzentration in das Steuerrohr.
5. Mit einem Ethanol-Sensor, Messen Sie die Ethanolkonzentration in das Probenröhrchen (Abbildung 2).
   
   Abbildung 2. Handheld-Tablet anzeigen % Ethanol.

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