A Techno-Economic Assessment of the Pretreatment and Fractionation Steps of a Biomass-to-Ethanol Process

Gregg, David J.; Saddler, John N.

doi:10.1007/978-1-4612-0223-3_68

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“…This causes a swollen state of the biomass and makes it more accessible for enzymes. Alkali treatment can also cause solubilisation, redistribution, and condensation of lignin and modifications in the crystalline state of the cellulose (Gregg and Saddler, 1996). An increased production of biomethane was also reported after the alkaline pretreatment of wheat straw by Pavlostathis and Gossett (1985).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 94%

Enzymatic Hydrolysis of Cellulose in Coconut Coir: Pre-Treated via Sonication

Kosseva¹,

Tjutju²,

Tantra³

2017

International Conference on Bioscience and Biotechnology

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Coconut coir is composed of cellulose, lignin, pectin, and hemicellulose. Production of biofuels is one possible application of this lignocellulosic waste. Physical-chemical pretreatment is required in order to remove lignin and to increase cellulose digestability. Commonly, the coconut coir was pretreated primarily with NaOH solution (5-11%) in autoclave at 121°C for 1 hour. The aims of this work were to find an enhanced pretreatment procedure for the coconut coir, and to study kinetics of the cellulose hydrolysis process at elevated temperature. For this purpose, we used NaOH solution (5% w/v) and ultrasonic bath for 1 hour at 50°C, which can successfully replace autoclave pretreatment. Moreover, the temperature of the ultrasonic pretreatment coincided with the temperature of hydrolysis reaction carried out subsequently. Two commercial enzymes cellulase and β-galactosidase were applied simultaneously as biocatalyst for the enzymatic hydrolysis of cellulose. One of the advantages of the ultrasound-assisted pretreatment was the lowest weight loss of the coir -48% (w/w). When using autoclave, the weight loss was much higher -about 66-67% (w/w) of the coir samples. First order kinetic equation for the enzymatic hydrolysis of cellulose to glucose was derived, and kinetic constants were obtained for the product released at different modes of operation.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 94%

Enzymatic Hydrolysis of Cellulose in Coconut Coir: Pre-Treated via Sonication

Kosseva¹,

Tjutju²,

Tantra³

2017

International Conference on Bioscience and Biotechnology

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“…A way to improve the effect of LHW fractionation is to add an external acid or alkali, which can catalyze the solubilisation of the hemicellulose, reduce the optimal pre-treatment temperature and gives a better enzymatic hydrolysable substrate [162][163][164].…”

Section: Combination With Acid or Alkaline Treatmentmentioning

confidence: 99%

Lignocelluloses Feedstock Biorefinery as Petrorefinery Substitutes

Cheng¹,

Wang²

2013

Biomass Now - Sustainable Growth and Use

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Lignocelluloses Feedstock Biorefinery as Petrorefinery Substitutes 349The LCF Biorefinery is a promising alternative due to the abundance and variety of available raw materials and the good position of the conversion products on the market [14]. Its profitability is also dependent on the technology employed to alter the structure of lignocellulosic biomass in order to produce high value co-products from its three main fractions i.e. cellulose, hemicellulose, and lignin [15].Currently the main feedstock for biorefineries is still based on starch. The practiced technologies in fuel ethanol industry are primarily based on the fermentation of sugars derived from starch and sugar crops, which are quite mature with little possibility of process improvements. However, using starch and sugar crops to produce ethanol also has been questioned since it draws its feedstock from a food stream. Lignocellulosic biomass is a more promising renewable resource as it is available in large quantities and does not compete with food or feed. Lignocellulosic biomass is a renewable resource that stores energy from sunlight in its chemical bonds, with great potentials for the production of affordable fuel ethanol [16,17]. Its main obstacle for a major breakthrough is the high production costs for bioenergy products.On the other hand, lignocellulosic biomass-derived products can significantly reduce green house gas emissions, compared to fossil-based products. Also, many common petrochemicals could be obtained with lower green house gas emissions from bio-based feedstocks. The maturity and economics of the conversion processes and logistics is a major challenge for lignocellulosic biomass [18].

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“…En outre, la susceptibilité de la cellulose à l'hydrolyse enzymatique est amé-liorée [88,89]. L'utilisation d'un catalyseur acide permet de diminuer la température du procédé (150 à 200°C contre 250°C pour l'explosion à la vapeur sans catalyseur), et ainsi de minimiser la formation de composés de dégradation.…”

Section: Explosion à La Vapeur Avec Catalyseunclassified

“…D'autre part, une partie du réactif peut être perdue par évaporation et dans l'eau de lavage. D'après Gregg et Saddler [89], seule la moitié du SO 2 utilisé est active. Enfin, la toxicité de l'anhydride sulfureux rend son utilisation industrielle délicate, bien que cette technique ait déjà connu un développement à l'échelle pilote [94].…”

Section: Explosion à La Vapeur Avec Catalyseunclassified

Production d'éthanol a partir de biomasse lignocellulosique

Ogier¹,

Leygue²,

Ballerini

et al. 1999

Oil & Gas Science and Technology - Rev. IFP

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Résumé -Cette étude fait le point des connaissances scientifiques et techniques dans le domaine de la production alcoolique à partir de susbstrats lignocellulosiques. Ce travail, réalisé dans le cadre d'Agrice (Agriculture pour la chimie et l'énergie), est une synthèse bibliographique qui a cherché à identifier les avancées capables de débloquer certains verrous technologiques et économiques liés à ce type de procédé. La biomasse lignocellulosique est un substrat complexe, constitué des trois principales fractions que sont la cellulose, les hémicelluloses et la lignine. Le procédé de production d'éthanol consiste à récupérer par hydrolyse le maximum de sucres issus à la fois des fractions cellulosiques et hémicellulosiques, puis de fermenter ces sucres en éthanol. Les premiers procédés d'hydrolyse utilisés étaient surtout chimiques, mais ils sont peu compétitifs à l'heure actuelle, en raison notamment du coût des réactifs et de la formation de nombreux sousproduits et de composés inhibiteurs rendant les hydrolysats peu fermentescibles. Ils sont désormais concurrencés par les procédés enzymatiques, plus spécifiques et qui permettent de meilleurs rendements d'hydrolyse dans des conditions moins sévères. Cependant, la biomasse lignocellulosique n'est pas directement accessible aux enzymes, et elle doit subir au préalable une phase de prétraitement dont l'objectif est d'améliorer la susceptibilité à l'hydrolyse enzymatique de la cellulose et éventuellement d'hydrolyser la fraction hémicellulosique en sucres monomères. Parmi les nombreuses méthodes de prétraitement qui ont été étudiées, nous en avons identifié trois répondant au mieux aux objectifs précédemment cités : le prétraitement à l'acide dilué, l'explosion à la vapeur avec utilisation d'un catalyseur, et la thermohydrolyse. Ces trois méthodes permettraient d'atteindre des rendements d'hydrolyse enzymatique de la cellulose proches de 100 %, tout en permettant un taux d'hydrolyse des hémicelluloses supérieur à 80 %, et en minimisant la formation de composés de dégradation. L'hydrolyse enzymatique doit encore être améliorée afin de réduire le coût lié à la consommation d'enzymes. Les principales voies de recherche devraient porter sur l'amélioration de l'activité des cellulases, afin de se rapprocher le plus possible de celles d'enzymes telles que les amylases. Le développement du procédé SFS (saccharification et fermentation simultanées) permet d'améliorer l'efficacité des enzymes en minimisant les réac-tions d'inhibition des enzymes par les produits formés. Son inconvénient est lié aux différences entre les tempé-ratures optimales de l'hydrolyse enzymatique et de la fermentation. La recherche de micro-organismes conservant de bonnes performances fermentaires à température élevée doit donc se poursuivre. Un autre verrou technologique du procédé concerne la fermentation alcoolique des pentoses, qui peuvent représenter jusqu'à 25 à 40 % des sucres totaux contenus dans la biomasse lignocellulosique. C'est pourquoi il est indispensable de les valoriser en éthanol. ...

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A Techno-Economic Assessment of the Pretreatment and Fractionation Steps of a Biomass-to-Ethanol Process

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Enzymatic Hydrolysis of Cellulose in Coconut Coir: Pre-Treated via Sonication

Enzymatic Hydrolysis of Cellulose in Coconut Coir: Pre-Treated via Sonication

Lignocelluloses Feedstock Biorefinery as Petrorefinery Substitutes

Production d'éthanol a partir de biomasse lignocellulosique

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