Trä som råvara för bioetanol

Utvinningen av råolja kommer inte att kunna fortsätta öka. Ska vi dessutom försöka minska utsläppen av koldioxid måste vi utveckla icke-fossila alternativ till exempelvis motorbränsle. Ett sådant alternativ är bioetanol, det vill säga etanol som framställs genom jäsning av socker från biomassa.

En vanlig råvara för framställning av bioetanol är vete. För att jäsa sockerarter från vetet till bioetanol använder man mikroorganismer, till exempel vanlig bagerijäst. Tekniken är etablerad i många länder, inklusive Sverige som årligen producerar mer än 50 000 kubikmeter etanol, huvudsakligen från vete. Men för att öka produktionspotentialen vill man kunna använda även andra råvaror. Cellulosa från trä är en sådan tänkbar råvara. Cellulosa i sig kan inte jäsas utan måste hydrolyseras, spjälkas till fritt socker, först. Det finns olika tekniker för detta, men det som just nu anses vara mest användbar är svagsyrahydrolys. Den innebär att man utsätter cellulosa för kombinationen utspädd syra och hög temperatur, vilket gör att den bryts ned till jäsningsbart socker.

– En pilotanläggning för framställning av bioetanol från trävara finns sedan ungefär ett år i Örnsköldsvik, så Sverige ligger långt fram i utvecklingen, säger Tomas Brandberg som just försvarat sin doktorsavhandling i ämnet.

– Det finns vissa problem med processen, framförallt lösgör hydrolysen giftiga ämnen som hämmar mikroorganismernas ämnesomsättning. I allvarliga fall inaktiveras cellerna helt och ingen etanol produceras. Jag har jämfört olika stammar av bagerijäst (Saccharomyces cerevisiae) och det visar sig att de har högst skiftande tolerans mot gifterna i hydrolysatet, varför valet av stam blir avgörande för själva processen. Den stam i studien som visade sig vara bäst har jag sedan använt som jäsande organism i andra projekt, fortsätter Tomas Brandberg.

I ett av dessa projekt utreddes effekterna av mycket stark kvävebegränsning. Kväve måste i någon form tillsättas för att cellerna ska kunna reproduceras, vilket är nödvändigt för att jäsningsprocessen skall fortgå. Det visade sig att den undersökta stammen kunde växa och överleva på extremt små mängder kväve och samtidigt jäsa tillgängligt socker till etanol om man odlade jästen i en reaktor där den till största delen inte spolas ut, det vill säga med så kallad cellrecirkulation.

Cellrecirkulation visade sig också vara en användbar metod för att kontinuerligt jäsa trähydrolysat till etanol. Med hjälp av cellrecirkulation kan man nämligen bygga upp höga koncentrationer av biomassa i reaktorn. Detta underlättar både ett effektivt utnyttjande av sockret och det som brukar kallas intracellulär detoxifiering, vilket innebär att cellerna själva kan ta hand om giftiga ämnen.

Trähydrolysat är rikt på socker, men saknar andra näringsämnen som jästen också behöver. Tomas Brandberg har också studerat hur man kan komplettera trähydrolysat med andra ämnen. Han har också undersökt andra organismer som bättre kan användas för jäsning av andra sockerarter än hexoser, som är det som den nämnda stammen av bagerijäst bäst kan hantera.

Avhandlingen “Fermentation of undetoxified dilute acid lignocellulose hydrolysate for fuel ethanol production” försvarades vid en offentlig disputation på Chalmers den 19 maj.

Kontaktinformation
Mer information:
Tomas Brandberg, Avdelningen för molekylär bioteknik, Institutionen för kemi- och bioteknik
Tel: 031-772 30 39, E-post: tomas@brandberg.org