АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПОЛУЧЕНИЯ ЭТАНОЛА И ЕГО СОПРОДУКТОВ ИЗ ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ (ОБЗОР)
УДК 663.1
Аннотация
Создание экономически эффективной технологии переработки лигноцеллюлозсодержащего сырья в этанол и продукты с высокой добавленной стоимостью – это актуальная тема, широко обсуждаемая в научной литературе. Целью данной статьи является на основании анализа новых известных технологических схем с получением этанола с комплексной переработкой лигноцеллюлозсодержащего сырья в различные продукты, их технологической оценки рекомендовать наиболее оптимальные схемы, обеспечивающие снижение себестоимости биоэтанола. В задачи исследования входит выбор наиболее эффективных решений по получению этанола и сопродуктов из гемицеллюлоз и лигнина на основании анализа новых известных технологических схем и технологий. В данной статье проводится анализ пяти технологических схем получения этанола, одна из которых – производственная по переработке отходов деревообработки и лесозаготовки в этанол, а все остальные рассматриваемые схемы основаны на отходах однолетнего лигноцеллюлозосодержащего растительного сырья. Выделены две группы данных отходов и на основании анализа литературных источников даны две оптимальные технологические схемы по их переработке. Первая технологическая схема – простая экологически чистая с замкнутым циклом водопользования для утилизации однолетних отходов растениеводства для фермерских хозяйств с получением следующих трех продуктов: биокорм для животных, биоорганоминеральное удобрение и биогаз. Вторая – для промышленных предприятий, перерабатывающих однолетнее растительное сырье и имеющих лигноцеллюлозосодержащие отходы, с получением этанола и его сопродуктов: ксилита или ксилоолигосахаридов – пребиотиков.
Скачивания
Metrics
Литература
Sharkov V.I. Tekhnologiya gidroliznykh proizvodstv. [Technology of hydrolysis production]. Leningrad, 1973, 407 p. (in Russ.).
Kharina M.V., Loginova I.V. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta, 2015, vol. 18, pp. 265–269. (in Russ.).
Sushkova V.I., Vorob'yova G.I. Bezotkhodnaya konversiya rastitel'nogo syr'ya v biologicheski aktivnyye veshchestva. [Waste-free conversion of plant materials into biologically active substances]. Moscow, 2008, 215 p. (in Russ.).
Sushkova V.I., Ustyuzhaninova L.V. Metody podgotovki otkhodov proizvodstva lesopileniya i derevoobrabotki k bio-konversii v biorastvoriteli. Dep. v VINITI 1.08.2013, №228-V2013. [Sushkova V.I., Ustyuzhaninova L.V. Methods of preparation of sawmill and woodworking waste for bioconversion into biosolvents. Dep. in VINITI 1.08.2013, no. 228-B2013]. Moscow, 2013, 95 p. (in Russ.).
Sushkova V.I., Ustyuzhaninova L.V., Berezina O.V., Yarotskiy S.V. Khimiya rastitel'nogo syr'ya, 2016, no. 1, pp. 93–119. https://doi.org/10.14258/jcprm.201601841. (in Russ.).
Sushkova V.I. Chronos Journal, 2018, no. 21, pp. 23–44. (in Russ.).
Vorob'yova G.I., Sushkova V.I. Konkurentosposobnoye sel'skokhozyaystvennoye predpriyatiye. [Competitive agricul-tural enterprise]. Moscow, 2021, 187 p. (in Russ.).
Sushkova V.I. Razrabotka tekhnologii bezotkhodnogo proizvodstva etilovogo spirta i kormovykh belkovykh produktov na gidroliznykh zavodakh: avtoref. dis. … dokt. biol. nauk. [Development of technology for waste-free production of ethyl alcohol and feed protein products at hydrolysis plants: author's abstract. dis. … doc. biol. sciences]. Moscow, 2004, 49 p. (in Russ.).
Mironova G.F. Povysheniye effektivnosti protsessa polucheniya bioetanola iz shelukhi ovsa: dis. … kand. tekhn. nauk. [Improving the efficiency of the process of obtaining bioethanol from oat husks: diss. … Cand. of Technical Sciences]. Moscow, 2020, 118 p. (in Russ.).
Chekushina A.V. Tsellyuloliticheskiye fermentnyye preparaty pa osnove gribov Trichoderina, Pénicillium i Myceliophtora s uvelichennoy gidroliticheskoy aktivnost'yu: avtoref. dis. ... kand. khim. nauk. [Cellulolytic enzyme preparations based on Trichoderina, Pénicillium and Myceliophtora fungi with increased hydrolytic activity: author's abstract. diss. ... candidate of chemical sciences]. Moscow, 2013, 23 p. (in Russ.).
Chekushina A.V., Dotsenko G.S., Sinitsyn A.P. Kataliz v promyshlennosti, 2012, no. 6, pp. 68–76. (in Russ.).
Joelsson A.E., Diens D., Kovacs K., Galbe M., Wallberg O. Sustainable chemical processes, 2016, vol. 14, pp. 1–19. https://doi.org/10.1186/s40508-016-0058-5.
Ruiz H.A., Rempel A., Cerqueira M.A., Camargo A.F., Gullón P., Scapini T., Rodríguez-Jasso R.M., Colla L., Gullón B., Treichel H. Hemicellulose Biorefinery: A Sustainable Solution for Value Addition to Bio-Based Products and Bio-energy, 2022, vol. 3, pp. 39–70. https://doi.org/10.1007/978-981-16-3682-0_2.
Borokhova O.E., Ogorodnikova T.Ye., Mikhaylova N.P., Kostenko V.G., Shapovalov O.I. Gidroliznaya i leso-khimicheskaya promyshlennost', 1991, no. 8, pp. 6–8. (in Russ.).
Lopes T.F., Duarte L.C., Carvalheiro F., Cardona C.A., Gírio F. Hemicellulose Biorefinery: A Sustainable Solution for Value Addition to Bio-Based Products and Bioenergy, 2022, vol. 2, pp. 71–110. https://doi.org/10.1007/978-981-16-3682-0_3.
Inbicon: Biotuels Digest. 2014. URL: https://www.biofuelsdigest.com/
Zhu J.Q., Li X., Qin L., Li W.C., Li H.Z., Li B.Z., Yuan Y.J. Bioresour Technol., 2016, vol. 218, pp. 380–387. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.06.107.
Sheetal K.R., Prasad S., Renjith P.S. Biomass Bioenergy, 2019, vol. 127, 105253. https://doi.org/10.1016/jbiomioe.20198.105253.
Smininger P.J., Shi-Andresh M.A., Thompson S.R., Dien B.S. et al. Biotechnology of biofuels and bioproducts, 2015, vol. 8, 60. https://doi.org/10.1186/s13068-015-0239-6.
Wang L., York S.W., Ingram L.O., Shanmugam K.T. Bioresour Technol., 2019, vol. 273, pp. 269–276. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.11.016.
Suriyachai N., Weerasaia K., Laosiripojana N., Champreda V., Unrean P. Bioresour Technol., 2013, vol. 142, pp. 171–178. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2013.05.003.
Skiba Ye.A. Biotekhnologicheskaya transformatsiya legkovozobnovlyayemogo tsellyulozosoderzhashchego syr'ya v tsen-nyye produkty: avtoref. dis. … dokt. tekhn. nauk. [Biotechnological transformation of easily renewable cellulose-containing raw materials into valuable products: author's abstract. diss. … doctor of technical sciences]. Moscow, 2022, 38 p. (in Russ.).
Abengoa Bioenergy. URL: http://www.ieabioenergy.com.
Abengoa Bioenergy Biomass. URL: http://www.abengoabioenergy.com/web/en/2g-hugoton-proect/.
Vil'danov F.Sh., Latypova F.N., Chanyshev R.R., Nikolayeva S.V. Bashkirskiy khimicheskiy zhurnal, 2011, vol. 18, no. 2, pp. 128–134. (in Russ.).
Vyglazov V.V. Tekhnologiya vysokokachestvennogo ksilita i drugikh poliolov na osnove pentozansoderzhashchego rastitel'nogo syr'ya: avtoref. dis. … dokt. tekhn. nauk. [Technology of high-quality xylitol and other polyols based on pentosan-containing plant raw materials: author's abstract. diss. ... doctor of technical sciences]. St. Petersburg, 2004, 40 p. (in Russ.).
Denisenko G.D., Podymalova L.V., Yolkin V.A. Aktual'nyye problemy lesnogo kompleksa, 2019, pp. 258–261. (in Russ.).
Kind A.V., Kind V.B., Vyglazov V.V., Yolkin V.A. Ul'trafil'tratsionnyy membrannyy apparat dlya ochistki gidroliza-tov rastitel'nogo syr'ya. [Ultrafiltration membrane apparatus for purification of hydrolysates of plant raw materials]. URL: https://textarchive.ru/c-1126718.html. (in Russ.).
Moukagni E.M., Ziegler-Devin I., Safou-Tchima R., Aymes A., Kapel R., Brosse N. Carbohydrate Research, 2022, vol. 519 (4), 108622. https://doi.org/10.1016/j.carres.2022.108622.
Peng F. et al. Biotechnology Advances. 2012, vol. 30(4), pp. 879–903. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2012.01.018.
Yuan Q.R., Zhang N., Qian Z.M., Yang X.J. J. Chem. Technol. Biotechnol., 2004, vol. 79 (10), pp. 1073–1079. https://doi.org/10.1002/jctb.1071.
Shapovalov O.I. Investitsionnyy proyekt po stroitel'stvu i zapusku v ekspluatatsiyu innovatsionnogo im-portozameshchayushchego biokhimicheskogo predpriyatiya po vypusku ksilita, biotopliva i drugikh unikal'nykh vy-sokotekhnologichnykh produktov. [Investment project for the construction and commissioning of an innovative import-substituting biochemical enterprise for the production of xylitol, biofuel and other unique high-tech products]. 2012. URL: http://www.economy.udmurt.ru. (in Russ.).
Umai D., Kayalvizhi R., Rumar V., Jacob S. Frontiers in Sustainability, 2022, vol. 3, pp. 1–16. https://doi.org/10.3389/frsus.2022.826190.
Granstrom T.B., Izumori K., Leisola M. Appl. Microbiol. Biotechnol., 2007, vol. 74, pp. 273–276. https://doi.org/10.1007/s00253-006-0760-4.
Patel A., Shah A.R. Journal of Bioresources and Bioproducts, 2021, vol. 6(2), pp. 108–128. https://doi.org/10.1016/j.jobab.2021.02.001.
Chen E., Dong B., Qin W., Xiao D. Bioresource technology, 2010, vol. 101(18), pp. 7005–7010. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.03.132.
Boltovskiy V.S. Khimiya rastitel'nogo syr'ya, 2014, no. 2, pp. 5–12. (in Russ.).
Sushkova V.I. Khimiya rastitel'nogo syr'ya, 2023, no. 2, pp. 27–54. https://doi.org/10.14258/jcprm.20230211880. (in Russ.).
Garrote G., Dominguez H., Parajo J.C. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 1999, vol. 74, pp. 1101–1109. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4660(199911)74:11<1101::AID-JCTB146>3.0.CO;2-M.
Hansen M.A.T., Hidayat B.J., Mogensen K.K., Jeppesen M.D., Jørgensen B., Johansen K.S., Thygesen L.G. Biotech-nology for Biofuels, 2013, vol. 6, 54. https://doi.org/10.1186/1754-6834-6-54.
Nagalyuk Ye.A., Chalov I.V., Kozlov L.V. i dr. Sbornik trudov VNIIGidroliz «Gidroliz i biotekhnologiya». [Collection of works of the All-Russian Research Institute of Hydrolysis “Hydrolysis and Biotechnology”]. Leningrad, 1982, vol. 32, pp. 12–21. (in Russ.).
Jensen A., Cabrera Y., Hsieh C.-W., Nielsen J., Ralph J., Felby C. Holzforschung, 2017, vol. 71(6), pp. 461–469. https://doi.org/10.1515/hf-2016-0112.
Otieno D.O., Ahring B.K. Bioresource Technology, 2012, vol. 112, pp. 285–292. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.01.162.
Wang W., Chen X., Donohue B.S. et al. Biotechnology for Biofuels, 2014, pp. 7–57. https://doi.org/10.1186/1754-6834-7-57.
Bhatia R., Winters A., Bryant D.N., Bosch M., Brown J.C., Leak D., Gallagher J. Bioresource Technology, 2020, vol. 296, 122285. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.122285.
Cui L., Liu Z., Si C. et al. BioResources, 2012, vol. 7 (3), pp. 4202–4213. https://doi.org/10.15376/biores.7.3.4202-4213.
Zhang H., Xu Y., Yu S. Bioresource technology, 2017, vol. 234, pp. 343–349. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.02.094.
Patent 2432368C2 (RU). 27.10.2011. (in Russ.).
Huang C., Lai C., Wu X., Huang Y., He J., Huang C., Li X., Yong Q. Bioresource Technology, 2017, vol. 241, pp. 228–235. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.05.109.
Haven M.O., Joigensen H. Biotechnology biotuels and bioproducts, 2013, vol. 6(1), 165. https://doi.org/10.1186/1754-6834-6-165.
Mosier N.S., Hendrickson R., Brewer M. et al. Appl. Biochem. Biotechnol., 2005, vol. 5, pp. 77–97. https://doi.org/10.1385/abab:125:2:077.
Laser M., Schulman D., Allen S.G. et al. Bioresource Technol., 2002, vol. 81, pp. 33–44. https://doi.org/10.1016/s0960-8524(01)00103-1.
Lu J., Li X.Z., Zhao J., Qu Y. Journal of Biomedicine and Biotechnology, 2012, vol. 20, 276278. https://doi.org/10.1155/2012/276278.
de Freitas C., Terrone C.C., Forsan C.F., Milagres A.M.F., Brienz M. Hemicellulose Biorefinery: A Sustainable Solu-tion for Value Addition to Bio-Based Products and Bioenergy, 2022, pp. 275–310. https://doi.org/10.1007/978-981-16-3682-0_9.
Vedernikovs N., Khroustalyova G., Muiznieks I. et al. Appl. Microbiol. Biotechnol., 2023, vol. 107(2-3), pp. 535–542. https://doi.org/10.1007/s00253-022-12353-8.
Zamora H.D., Olayiwola H.O., Jacobus A.P., Gross J., Tyhoda L., Brienzo M. Hemicellulose Biorefinery: A Sustaina-ble Solution for Value Addition to Bio-Based Products and Bioenergy, 2022, pp. 1–38. https://doi.org/10.1007/978-981-16-3682-0_1.
Banot C., Sunkar B., Thondamanathi P.R., Bhukya B. Biotechnology, 2017, vol. 7(5), 334. https://doi.org/10.1007/s13205-017-0980-6.
Wang Y., Wei L., Li K., Ma Y., Ma N., Ding S., Wang L., Zhao D., Yan B., Wan W., Zhang Q., Wang X., Wang J., Li H. Bioresource technology, 2014, vol. 170, pp. 499–505. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.08.020.
Makhova T.A. Svoystva i primeneniye atsetata 1-butil-3-metilimidazoliya v khimii lignina: avtoref. dis. … kand. khim. nauk. [Properties and application of 1-butyl-3-methylimidazolium acetate in lignin chemistry: abstract of thesis. dis. ...cand. chem. Sci]. Arkhangel'sk, 2011, 19 p. (in Russ.).
Morozova O.V., Vasil'yeva I.S., Shumakovich G.P., Zaytseva Ye.A., Yaropolova A.I. Uspekhi biologicheskoy khimii, 2023, vol. 63, pp. 301–348. (in Russ.).
Morais E.S., da Costa Lopes A.M., Freire M.G., Freire C.S.R., Coutinho J.A.P., Silvestre A.J.D. Molecules, 2020, vol. 25, 3652. https://doi.org/10.3390/molecules25163652.
Morais E.S., Mendonça P.V., Coelho J.F.J., Freire M.G., Freire C.S.R., Coutinho J.A.P., Silvestre A.J.D. ChemSus-Chem, 2018, vol. 11(4), pp. 753–762. https://doi.org/10.1002/cssc.201702007.
Francisco M., van den Bruinhorst A., Kroon M.C. Green Chemistry, 2012, vol. 14, pp. 2153–2157. https://doi.org/10.1039/c2gc35660k.
Kumar A.K., Sharma S., Shah E., Patel A. Journal of Molecular Liquids, 2018, vol. 260, pp. 313–322. https://doi.org/10.1016/jmollig.2018.03.107.
Kumar A.K., Parikh B.S., Shah E., Liu L.Z., Cotta M.A. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 2016, vol. 7, pp. 14–32. https://doi.org/10.1016/jbcab2016.04.08.
Gundupalli M.P., Cheenkachorn K., Chuetor S., Kirdponpattara S., Gundupalli S.P., Po-Loke S., Sriarianu M. A car-bohydrate Polymer, 2023, vol. 306, 120599. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2023.120599.
Ma H., Fu P., Zhao J., Lin X., Wu W., Yu Z., Xia C., Wang K., Gao M., Zhou J. Molecules, 2022, vol. 27(22), 7955. https://doi.org/10.3390/molecules27227955.
Yu H., Xue Z., Shi R., Zhou F., Mu T. Industrial Crops and Products, 2022, vol. 184, 115049. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2022.115049.
Deng H.-Q., Lin X.-H., Fan J.-T. et al. Biotechnology of biofuels and bioproducts, 2023, vol. 16 (1), 126. https://doi.org/10.1186/s13068-023-02369-1.
Oguche J.E., Ameh A.O., Bello T.K., Maina N.S. Journal of Engineering, 2022, vol. 29, no. 3, pp. 37–47.
Zhao Z., Chen X., Ali M.F., Abdeltawab A.A., Yakout S.M., Yu G. Bioresource Technology, 2018, vol. 263, pp. 325–333. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.05.016.
Masyutin Ya.A. Sintez i issledovaniye energonasyshchennykh furanovykh soyedineniy na baze vozobnovlyayemogo rastitel'nogo syr'ya: avtoref. dis. … kand. khim. nauk. [Synthesis and study of energy-saturated furan compounds based on renewable plant raw materials: author's abstract. dis. … candidate of chemical sciences]. Moscow, 2015, 25 p. (in Russ.).
Patent 2532107 (RU). 2014. (in Russ.).
Patent 20090229599 (US). 2009.
Patent 2509778 (RU). 20.03.2014. (in Russ.).
Clextral. URL: http://www.clextral.com.
Zhukov N.A. Teoreticheskiye osnovy i tekhnologicheskiye printsipy nepreryvnoy konversii rastitel'nogo syr'ya: avtoref. dis. … dokt. tekhn. nauk. [Theoretical foundations and technological principles of continuous conversion of plant raw materials: author's abstract. dis. … doctor of technical sciences]. Kirov, 2001, 45 p. (in Russ.).
Combette F. Clextrusion, 2010, no. 19, pp. 8–9.
Patent 2051038 (RU). 1995. (in Russ.).
Patent 4316748 (US). 1982.
Patent 4390375 (US). 1983.
Copyright (c) 2025 Химия растительного сырья
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями:
1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
2. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
3. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу.
