Acid‐catalyzed steam pretreatment of lodgepole pine and subsequent enzymatic hydrolysis and fermentation to ethanol

Abstract

Utilization of ethanol produced from biomass has the potential to offset the use of gasoline and reduce CO(2) emissions. This could reduce the effects of global warming, one of which is the current outbreak of epidemic proportions of the mountain pine beetle (MPB) in British Columbia (BC), Canada. The result of this is increasing volumes of dead lodgepole pine with increasingly limited commercial uses. Bioconversion of lodgepole pine to ethanol using SO(2)-catalyzed steam explosion was investigated. The optimum pretreatment condition for this feedstock was determined to be 200 degrees C, 5 min, and 4% SO(2) (w/w). Simultaneous saccharification and fermentation (SSF) of this material provided an overall ethanol yield of 77% of the theoretical yield from raw material based on starting glucan, mannan, and galactan, which corresponds to 244 g ethanol/kg raw material within 30 h. Three conditions representing low (L), medium (M), and high (H) severity were also applied to healthy lodgepole pine. Although the M severity conditions of 200 degrees C, 5 min, and 4% SO(2) were sufficiently robust to pretreat healthy wood, the substrate produced from beetle-killed (BK) wood provided consistently higher ethanol yields after SSF than the other substrates tested. BK lodgepole pine appears to be an excellent candidate for efficient and productive bioconversion to ethanol.

Obtención De Azúcares Fermentables a Partir De Aserrín De Pino Pretratado Secuencialmente Con Ácido-Base

“…El contenido de carbohidratos (65 %) se aproximó a lo obtenido para Pinus taeda (64 %), P. contorta (67 %) y P. patula (62 %). Sin embargo, el contenido total de lignina (24 %) fue menor que el obtenido para las citadas especies, variando entre 27 % para P. contorta hasta 30 % para P. taeda (Ewanick et al 2007, Gómez et al 2013, Sannigrahi et al 2010). …”

Bioethanol Production from Biomass

“…The use of non-edible lignocellulosic biomass requires pretreatment and saccharification before conversion to bioethanol. Similarly, the use of industrial wastes containing carbohydrates is also not economical due to the presence of solid residues and other contaminations (Choi, Moon, Kang, Min, & Chung, 2009;Dagnino et al, 2013;Dalla Marta et al, 2014;Demirbas, 2009;Ewanick, Bura, & Saddler, 2007;Hammond et al, 1996;Han et al, 2013;Hari Krishna et al, 1998;Horn et al, 2000;Kádár et al, 2004;Kazi et al, 2010;Limayem & Ricke, 2012;Martıń et al, 2002;Muñoz et al, 2007). …”

Efecto del Pretratamiento de Biomasa Maderera en el Rendimiento a Etanol

“…Algunos autores han reportado problemas de tipo inhibitorio a la hora de fermentar pentosas por efectos de los productos de degradación de los azúcares en la etapa de pretratamiento, por concentración de los mismos azúcares y por la presencia de los mismos productos de la fermentación (Agbogbo y Coward-Kelly, 2008;Almeida et al, 2011;Zhang y Geng, 2012). Ewanick et al (2007) pretrataron astillas del pino Lodgepole mediante explosión con vapor a temperaturas entre 195 y 215°C, con tiempos de residencia de hasta 5 min y concentración de catalizador ácido de 4% obteniendo recuperación de glucosa hasta del 41%. Ballesteros et al (2000) obtuvo recuperaciones de azúcares totales del orden de 47,8% al tratar astillas de pino Pinaster por explosión con vapor a 210°C por 8 min.…”

“…Algunos autores han profundizado en la investigación del efecto de cada una de estas variables en el pretratamiento de material maderero a ser usado para producir etanol (Ewanick et al, 2007;Ballesteros et al, 2000;Söderström et al, 2004;Monavari et al, 2009). Puesto que el principal inconveniente con esta tecnología ha sido el efecto de los inhibidores procedentes de la descomposición del material lignocelulósico, se decidió operar el explosionador de vapor a condiciones similares a las reportadas en el trabajo de Söderström et al (2004) disminuyendo el tiempo de residencia de 5 min a 2 min y fijando temperatura en 210°C y presión en 1,9 MPa.…”