INTRODUCERE Etanol sau alcool etilic (CH3-CH2-OH) , Mr 46.7 , cunoscut ca si alcool , spirt , alcool etilic , alcool absolute si hidrat etilic. In functie de continutul sau de apa , preparare si uzul final gasim mai multe produse de etanol pe piata. Alcoolul 99% (adesea numit si alcool absolut) este folosit pe larg pentru tincturi si preparate farmaceutice ca dizolvant si conservant , ca un antiseptic , si pentru prepararea parfumurilor. Etanolul este un component functional important al bauturilor alcoolice care sunt produse prin fermentarea carbohidratilor fermentabili . Fiertura de fermentatie poate constiui dupa procesare si maturizare o bautura (de exemplu in cazul berii sau a vinului) sau alcoolul poate fi concentrat pornind de la fiertura pentru a produce spirtoase cu un inalt grad de alcool. Daca alcoolul este folosit pentru alte scopuri decat ca o bautura , el este denaturant prin adaugarea de substante precum : methanol , piridina , formaldehida sau sublimat. Alcoolul denaturant este apoi folosit in industrie si comert , in principal ca dizolvant , ca materie prima pentru realizarea produselor chimice sau ca si combustibil. Etanolul sintetizat chimic este derivat in mod obisnuit din surse de petrol prin hidratarea etilenei si are o larga aplicare ca alcool industrial. Diferite rute pentru producerea etanolului sunt reprezentate in figura 1. ISTORIE Etanolul poate fi considerat unul dintre cele mai vechi produse alimentare umane. Berea fermentata era consumata in Babilon , iar vinul a fost produs déjà la 3000 i.e.n. .procesul de distilare a aparut probabil in sec. 10-14. In acest moment efectul “spiritual” era déjà recunoscut ; de aceea numele de “spiritus” a fost dat bauturilor alcoolice. Primii produsi distilati din vin au fost folositi mai degraba pentru scopuri medicinale decat pentru bautura. Pana in sec. 17 , fermentarea alcoolului a fost considerata un proces de alterare in cursul caruia drojdia produsa era eliminate. Natura fermentatiei a fost explicata prima data in sec. 19 o data cu descoperirea microscopului , care a aratat ca celulele de drojdie erau organism vii. Insa recunosterea faptului ca aceste organisme vii sunt raspunzatoare pentru procesul de fermentatie a durat ≈150 ani. In secolul 19 s-au dezvoltat doua teorii pentru explicarea mecanismului de fermentatie : procesul mecanicist si procesul vitalist. Louis Pasteur (1822-1285) a sustinut teoria vitalista care spunea ca organismele vii produceau transformarea zaharului in alcool. Teoria mecanicista a fost sustinuta de Justus Freiherr von Liebig (1803-1873) si de Friedrich Wohles (1800-1882). O dovada convingatoare a mecanismului mecanicist prin care procesele fizico-chimice conduceau la transformarea

1

chimica a zaharului in etanol, a fost data de Eduard Buchner (1860-1917) , care a demonstrate ca fermentatia alcoolica este legata nu de celule vii , ci de o substanta din fiertura de fermentatie (borhot) care a fost identificata mai tarziu ca fiind o enzima. Asa cum se stie astazi , enzimele sunt in cele din urma responsabile pentru transformarea complexa a carbohidratilor in etanol. PROPRIETATI FIZICE Etanolul in forma sa pura (alcoolul absolut) este un lichid incolor ; el se poate amesteca in orice proportie cu apa , precum si cu eterul , acetone , benzenul si cativa alti dizolvanti organic. Alcoolul anhidru (alcoolul absolute) este higroscopic ; la o cantitate de apa de 0.3/0.4% apare o anumita stabilitate.Diferite proprietati fizice ale etanolului anhidru sunt dupa cum urmeaza: Tabelele 1 si 2 arata punctele de inghet si de vaporizare ale ametecurilor de etanol cu apa. Tabelul 3 arata echilibrurile dintre vapori si lichide aleb amestecurilor de etanol cu apa. Ametecul azeotropic contine 95.57 wty etanol si 4.43 wty apa. Astfel , concentratia cea mai inalta de etanol obtinuta prin distilarea unui amestec de etanol cu apa este 95.57 wty .Distilarea azeotropa cu ajutorul unui dizolvant tert (de exemplu :benzenul) trebuie inrodusa in scopul producerii etanolului absolute (anhidru). Cand etanolul este amestecat cu apa , volumul sau se contracta usor asa cum se arata in tabelul4. De exemplu cand 52 de parti de etanol absolute si 48 de parti de apa sunt amestecate , rezulta un volum de 96.3 de etanol diluat.PROPRIETATI CHIMICE Proprietatile chimice ale etanolului sunt dominate de grupul functional –OH si pot trece prin multe rectii chimice importante in industrie ca de pilda dehidratarea , halogenarea , esterificarea si oxidarea. Intrucat etanolul poate fi produs in mod eficient nu doar prin sinteza chimica a petrolului si a trunchiurilor de copaci carbonificati dar si prin fermentatia unor materiale organice disponibile pe larg , rolul sau commercial ca materie prima pentru diverse produse chimice are o importanta tot mai mare. Transformarea etanolului in “produse chimice din alcool” este o abordare commplet noua in raport cu producerea produselor petrochimice familiar (figura 2) .Unele dintre aceste rute sunt folosite déjà in industrie in tarile mari producatoare de alcool.SINTEZA

2

Formarea etanolului din etilena (74-85-1) prin reactive cu acidul sulfuric a fost demonstrate in urma cu 100 de ani. Producerea in economie a etanolului sintetic la scara industrial a fost realizata prima data in 1930 de Corporatia Carbide si Corporatia chimica (astazi Uniunea Carbide). Procesul folosit presupune absortia etilenei in acidul sulfuric iar ulterior separarea hidrolitica a sulfatilor de etl rezultati. Acest proces indirect a fost inlocuit treptat prin hidratarea catalitica directa a etilenei , introdusa de Compania Shell Chemical in 1948. Rute mai recente pentru sinteza etanolului se bazeaza pe materiale provenite din carbune precum metanolul (67-56-1) sau gazul de sinteza (un amestec de monoxid de carbon si hidrogen).Ele includ procese de omologare si carbonilare si conversia directa a gazului de sinteza in etanol.

4.1 HIDRATAREA CATALITICA E ETILENEI4.11 CHIMICEIn seria temeperaturilor la care opereaza catalizatorii industriali,hidratarea etilenei in etanol este o reactive reversibila,controlata de echilibrul(vezi formula 1)Calcularea echilibrului este deschisa in (4-6).Cinetica reactiei (1) a fost studiata pe baza unui acid fosforic-gel silicic catalizator (7) (8) si a unui oxid albastru de wolfram-catalizator gel silicic(energie de activare=125kj/mol) (9).O nomograma pentru corelatiea dintre conversia etilenei din aceasta reactive si diverse variabile procesuale(presiune,temperature si raportul molar apa-etilena) a fost alaborat(10).In conditiile obisnuite de reactive(≈alimenatre echimolara etilena-apa 250-300 0C, 5-8 MPa), echilibrul de conversie al etilenei este +- 22%).O temeperatura mai joasa favorizeaza conversia mai inalta a etilenei,dar reactia(1) este atunci insotita de fromarea reversibila a eterului dietil(60-29-7) potrivit reactiei(2) vezi reactia 2.L presiune inalte etilena polimerizeaza pentru a produce butani si alchene superioare care sunt convertite in alcooli superiori prin hidratare.4.2 HIDRATAREA INDIRECTA DE ETILENAHidratarea indirecta,esterificarea-hidraliza, sau procesul de acid sulfuric este bazata pe absorbtia unuik volum mare de etilena in acid sulfuric concentrat;etanolul si eterul dietilic se formeaza atunci cand Solutia de acid sulfuric etse diluata cu apa.4.2.1 CHIMIEEtilena este absorbita in 2 etape(vezi figura)

3

Studiile cinetice au demonstrate ca acesta reactie este asemenea procedeelor initiate prin intermediul mecanismului in reactii (3)-(6) dar este complicate de faptul ca doar o parte din etilena este fizic dizolvata in acid sulfuric.Hidraliza implica 3 etape( vezi fifura)Produsele sunt etanol si eter dietilic in proportie de 5-10%.Randamentul eterului poate fi controlat prin varierea conditiilor de reactie, in special raportul de etilena la acid sulfuric, precum si conditiile de hidraliza(eter, aliphatic-eter dietilic).

TRANSESTERIFICAREA.

Etilsulfatii formati in reactiile 7-8 pot fi deasemena transesterificati cu acid acetic la 104

0C pentru a produce acetat de etil care este apoi recuperate prin distilarera si hidralizarea in etanol si acid acetic.Acest process evita problemele associate cu reconcentarrea de acid sulfuric.4.2.2 PROCESUL DE PRODUCTIEFigura 4 prezinta schema de flux pentru peoducerea de etanol prin procesul de acid sulfuric.Gazul de alimentare trebuie sa contina un minim de 35% volum,etilena si gaz inert cum ar fi metan si etan.Produsele omoloage superioare de etilena este cauza formarii rasinii si prin urmare trebuie indepartate din hrana pentru animale.Absorbtia de etilena creste aproape liniar cu presiunea.Presiunea de lucru este in general 1-3,5 MPa, presiunea mai mare fiind utilizata atunci cand nivelul de etilena in hrana pentru animale(furaje) etse scazuta.Fiecare mol de acid sulfuri absoarbe pana la 1.4 moli de etilena.Absorbtia este realizata cu 94-98% WT acid sulfuric turnuri de spalare la 65-85 0

C.Temperaturi de peste 900 C duc la formarea de rasini si uleuri,prin urmare,trebuie sa fie evitate.Lichidul rezultat este agitat pentru mai multe ore sub presiune pentru a finalize reactia.Hidraliza se face de obicei in 2 etape.In primul rand, sulfatul de dietil este hidralizat la o temperatura scazuta (70 0 C), in prezenta a mai putin de echivalentul in apa.Apoi se adauga treptat apa si temperatul se ridica la cca 100 0 C.Hidraliza este complata in decurs de 1h si acidul sulfuric este apoi diluat cu 40-55% wt.Etanolul format este recuperate impreuna cu eterul dietilic(produs secundar) intr-o coloana de separare.Produsul amestecat este apoi spalt cu o solutie de hidrixid de sodiu pentru a neutaliza acidul, si eterul dietilic este elimant in coloana de distilare a eterului.Etanolul etse prificat prin distilare si concentrat pentru a da un 95% etanol-apa azeotrope.Etanol anhidru poate fi obtinut asa cum este descries in capitulul RECUPERARE

4

SI PURIFICARE.Reconcenrarea de acid sulfuric diluat este cea mai costisitoare parte a acestui process.Aceasta se datoreaza consumului mare de energie,probl;eme de coroziune,oxidare,precum si a compusilior organic ramasi in aqcidul sulfuric.Desi gudronul format de absorbtie este separate cat mai complet posibil,suma pierderilor de acid sulfuric este mai mult de 5% bazat pe etanolul format.Pentru a evita aceste dezavantaje,o presiune de functionare mai mica de 0,5 MPa a fost recomanda;mai putin de 0.5 moli de etilena este absorbita pe mol de acid sulfuric care contine pana la 7% sulfat de argint pentru a accelera reactia.Acidul sulfuric poate fi apoi reconcentrat prin evaporare “flash” simpla.

5. Fermentarea 5.1. Productia cu fermentiFermentii sunt unicelulari, fungi unicelulari care se pot produce prin altoire, fisiune sau ambele. Au fost folositi de secole pentru fabricarea bauturilor alcoolice.Fermentii sunt cele mai comune organisme folosite in productia industriala a etanolului. Folosite la scara larga, unele tulpine sunt Saccharomyches cerevisiae, S uvarum (fosta S carlsbergennis)si Cnadida utilis. Saccharomyches anamensis si Schizosaccharomyces pompe sunt de asemenea folosite in anumite cazuri. Speciile Kluyveromyces care fermenteaza lactoza, sunt bune producatoare de etanol din zer.Productia de etanol prin fermentatie este caracterizata prin selectivitate mare, acumulare mica de subproduse, productie mare de etanol, coeficient mare de fermentatie, toleranta buna la concentratii mari de etanol si substarti si valoare mai mica a ph-ului. Viabilitatea si stabilitatea genetica a celulelor de fermenti in conditii de proces si temperatura mare, sunt de asemenea bune. Desi gasirea de specii care sa aiba toate aceste caracteristici este dificila, unele specii de fermenti le pot avea in mare masura.

5.1.1. NutrientiFermentii necesita urmatoarele pentru crestere: carbon, azot, fosfor, sulf, oxigen, hidrogen, cantitati mici de potasiu si magneziu, calciu, micro-minerale si unii factori organici de crestere ( vitamine, acizi nucelici si aminoacizi).Diferiti compusi ai carbonului pot servi drept sursa de carbon pentru fermenti – tabelul 6-. Azotul se poate fi inlocuit cu ammoniac, saruri amoniacale, uree sau aminoacizi. Sarurile ortofosfatice si acidul fosforic sunt surse bune de fosfor. Sulful, potasiul, magneziul si calciul

5

pot fi asigurati sub forma de saruri proprii. Tabelul 7 arata cantitatea acestor elemente si micro-elementele cerute de fermenti.

Tabelul 6- Abilitatea speciilor Saccharomyches si Kluyveromyces la fermentarea zaharurilor – vezi tabelUnde: CSTR=rezervor la reactorului agitat continuuConcentratia optima poate fi mai mare in conditiile in care ioni specifici de inhibare sunt prezenti la un nivel de inhibare.Acesti ioni sunt foarte probabil deficienti intr-un mediu industrial compex.

Extractul de fermenti este o sursa buna de microelemente si factori de crestere organica. Multe materii prime folosite in productia industriala de etanol sunt nutrientii necesari pentru cresterea fermentilor; suplimentii de nutrienti sunt necesari in anumite cazuri.

5.1.2. Traiectoria de fermentatie.Fermentii pot metaboliza diferiti compusi de carbon. Caile metabolice pot diferi in conditii aerobe si anaerobe. Coversia glucozei de catre Saccharomyches cerevisiae, in ambele conditii conform Fig. 5(schema simplificata a catabolismului Saccharomyches cerevisiae, in conditii aerobe si anaerobe.In conditii anaerobe, fermentii produc etanol, conform ecuatiei Gay- Lussac.

Prin urmare, fiecare gram de glucoza consumat, se poate produce 0,51 grame de etanol. Totusi, unele surse de carbon sunt folosite pentru generarea de biomasa, astfel incat randamentul real de etanol este cca. 90-95% theoretic. In plus fata de etanol, dioxid de carbon si biomasa, 2 molecule de trifosfat de adenozina sunt generate per molecula de glucoza. Un randament mai mic decat cel de etanol este de asemenea produs de catre formarea unor cantitati mici de subproduse cum ar fi glicerina si succinatul , cu pretul sursei de carbon. Daca sursa de carbon nu este folosita pentru producerea de biomasa si subproduse, unii alcooli mai mari (randamentul fuzel bazaar pe zahar ar creste pana la 1,6 si 2,7%. In productia de etanol unii alcooli puternici sunt formati partial din sursa de carbon si, partial din transformarea ulterioara a anumitor aminoacizi.In conditii aerobe glucoza este transformata in dioxid de carbon si apa, conform ecuatiei: vezi ecuatia In plus, se genereaza biomasa si energie.Secventa intermediarilor si a reactiilor in transformarea glucozei in etanol si CO2 esta aratata in fig. 6. Embden-Meyerhof –Parnas sau calea glicolitica reprezinta ruta majora a catabolismului glucozei in majoritatea celuleor care transforma hexoza in piruvat. Aceasta cale, acre trebuie sa asigure toti intermediarii si majoritatea energiei

6

necesara cresterii de cellule, este de asemenea folosita in fermentatia microbiana a glucozei in etanol, lactate, glicerina, glicoli si o varietate de alte produse.Enzimele, inhibitorii caracteristici si modificarile standard de energie libera pentru fiecare reactie, sunt date in tabelul 8. Reactiile nu necesita oxigen si asigura energia celulara in conditii anaerobe complete.Asa cum este dat in tabelul 8 si fig. 6, conversia D-glucozei in etanol, incepe cu formarea de D-glucoza si 6-fosfat-reactia ester Robinson- Aceasta reactie este catalizata de catre hexokinasa. Enzima foloseste hexokinasa ca un donator de fosfat si necesita un cation bivalent, de obicei Mg2+, dar Mg2+, sau Ca2+ si Co2+ pot inlocui complementul algebric. Aceasta enzima este relativ nespecifica si poate cataliza fosforilarea unor diferite hexoze de configuratie corespunzatoare inclusiv D-fructoza, D-mantoza, 2-deoxy-D-glucoza si D- glucosamina. Echilibrul de reactie sta in directia formarii produsului conform reactiei virtual reversibila termodinamic si fara importanta practica in eogeneza gluconica. Transformarea amidonului si a altor polizaharide cu continut de glucoza este catalizata de catre ∞-0,4 – glucan fosforilaze care sunt larg distribuite intr-o varietate de organisme. Fosforoliza incepe la finalul liber, de nereducere al unui lant de amiloza si indeparteaza o unitate de glucoza odata, dand in total molecule de n+1 de glucoza 1- fosfat pana se atinge finalul de reducere. Daca substratul este amilopectina, fosforoliza continua numai pana cand sunt atinse punctele de ramificatie si produsul este o dextrina limita.Fosfoglucomutaza este responsabila pentru interconversia de D-glucoza 1-fosfat si D-glucoza 6 –fosfat. Mfosfofructochinaza este o enzima specific ce controleaza formarea de fructoza D- 1,6 difosaft , poate folosi fosfatul din trifosfat de uridina sau din trifosfat de inozina ; activitatea sa se poate inhiba prin concentratii mari de fosfofructochinoza –ATP. Enzima fosfoglicerat kinasa catalizeaza conversia de 1,3 – difosfoglicerat in 3- fosfo-D-glicerat cu generarea de 1 molecula de ATP –vezi fig. 6, reactia 9- Necesita un cofactor metalic bivalent. Fosfogliceratul care este format in reactia 9 este izomerizat in 2-fosfo –D-glicerat de catre fosfogliceromutaza –reactia 10.Reactia 12- pentru aceasta reactie este nevoie de Mg 2+ sau Mn 2+. Ionii de Co2+ sunt antagonisti competitive. Unele enzime din acest tip necesita K+, Rb+ sau Cs+ pentru activitate completa. Ionii pot fi contracarati prin Na+ sau Li+. Echilibrul de reactie este foarte favorabil pentru fromarea piruvatului si numarul randamentului este de 6 x1013

in comparatie cu 12 x1013 pentru directia opusa.Producerea etanolului din piruvat, fermentii care actioneaza aerob ireversibil piruvatul de decarboxilat cu ajutorul decarboxilazei de piruvat pentru a produce acetaldehida. Alcoolul dehidrogeneaza, apoi catalizeaza reducerea de acetaldehida in etanol –fig.6, reactia 15-

7

Enzima responsabila pentru decarboxilare poate satisface cerintele sale metalice folosind, fie anumiti ioni bivalenti sau trivalenti. Alcoolul dehidrogeneaza din fermenti contine Zn2+. Enzima are 4 laturi catalitice si o masa moleculara de 151 000. Ambele enzime au fost izolate din fermenti si produse in forma cristalina.

Pentoze- fermentii metabolizeaza aldopentoze printr-o oxidare –reactie de reducere. Ele reduc D-xiloza la xilitol care este apoi oxidat in D- xiluloza –fig.7- Reducerea este catalizata prin reducere de aldoza. Enzima are o specificitate pentru NADPH.D- xiluloza este implicata in oxiadrea xilitolului in D- xiluloza. Reactia este rapid reversibila si oxidarea NADPH are loc cu cateva cetoze, inclusiv D- xiluloza, D- fructoza si D-ribuloza.D- xillulochinaza catalizeaza fosforilarea D- xilulozei in D-xiluloza 5- fosfat. Enzima se gaseste in bacterii. Prezenta D – xillulochinazei in fermenti este indicate de abilitatea multor fermenti de la folosi D-xiluloza in conditii atat aerobe cat si anaerobe.Fermentii metabolizeaza L- arabinoza prin oxidare-reducere. Aldoza este redusa la L- arabitol care este transformat in D- xiluloza 5- fosfat, cheia intermediara a caii fosfatului de pentoza. In metabolismul D- xiloza, conversia reala a zaharului are loc dupa o perioada de adaptare pentru producerea enzimelor de metabolizare D-xiloza.Unii fermenti cum ar fi Candida utilis si Rhodotorula gracilis au izomeri inductive in plus fata de oxiadarea initiala – reactia de reducere si poate izomeriza D- xiloza direct in D-xiluloza.Etanolul se poate produce direct din D-xiluloza in randament mare de catre fermentii care, normal produc etanol din glucoza. Aprximativ jumatate din toti fermentii pot asimila D- xiloza in conditii aerobe. Fermentii care au putut consuma xiloza sau alte pentoze in conditii anaerobe, au fost necunoscuti. Dar conversia anaeroba a D- xilozei in etanol a fost demonstrate in fermentii Pachysolen tannaphilus. Multi fermenti pot transforma D –xiloza care este un keto isomer al D-xilozei- in etanol, in conditii anaerobe. Cresterea fermentilor pe D-xiloza in anaerobioza nu a fost raportata.Anumiti fermenti pot produce o mare cantitate de etanol direct din D-xiloza, in timp ce altii pot face asta dupa izomerizarea D-xilozei in xiluloza printr-un isomer bacterial. Tabelul 9 arata cateva avantaje si dezavantaje ale acetor fermenti in producerea etanolului din xiloza si xiluloza( procesul este pe loturi).

5.1.3. Variabilele de fermentatie

Efectul concentratiei substratului-concentratia de substrat a carbonului are un effect important in producerea etanolului. Inainte, fermentatia pe lot se desfasura cu o concentratie initiala de substrati fermentabili de 14-18 greutate % care rezulta intr-o concentratie finala

8

d eetanol si, apoi, la reducerea costurilor de distilare. In acelasi timp, cresterea poluantilor osmosensibili a fost oprita. Totusi, la concentratii de zahar > 14%,incepe plasmoliza celulelor de fermenti. In plus, la coeficientul initial de fermenti incepe sa scada inainte ca o concentratie de etanol sa ajunga la o valoare importanta. In conditii anaerobe si la concentratii mici pana la moderate de glucoza, coeficientul productiei de etanol poate fi reprezentat de relatia tip Monod, unde V este coeficientul de producere etanol, S este concentratia substrat de glucoza si Ks este o constanta cu o valoare mica de 0,35 g/l.Relatia arata ca, in conditii anaerobe, productia maxima de etanol per celula este realizata atunci cand concentratia de zahar este considerabil > 0,35 g/l si < 150 g/l. Inhibitia coeficientului de producere a etanolului peste 150 g/l glucoza este importanta. Daca se ia in calcul inhibitia cauzata de etanol, se pare ca limiteaza concentratia zaharurilor fermentabile.

Efectul oxigenuluiDesi biomasa este produsa in conditii aerobe si cele anaerobe favorizeaza productia de etanol, oxigenul a fost gasit a fi esential pentru o buna fermentatie. In plus fata de faptul ca este un acceptor terminal de electroni din lantul respirator, actioneaza de asemenea ca un factor de crestere a fermentilor si este implicat in sinteza acizilor grasi nesaturati si a ergosterolului, care stimuleaza cresterea fermentilor in conditii anaerobe si mareste energia celulelor.Oxigenul este in special necesar atunci fermentatia de lot este desfasurata la nivel mare de zahar care necesita o crestere prelungita de fermenti sau, in procese continue, pentru ca fermentii sunt incapabili sa se dezvolte timp de mai mult de 4 pana la 5 generatii in conditii anaerobe complete. Cand oxigenul dispare din apa, fermetii continua sa creasca anerob. Divizarea celulelor duce la o redistribuire a sterolilor si acizi grasi nesaturati care s-au acumulat in timpul aerarii. Dupa cateva generatii, nivelul de acid al sterolului si acizilor grasi nesaturati, este prea scazut pentru a permite functionarea normala a membranei, cauzand o modificare in psihologia fermentilor.

Barbotarea aerului in mediul de cultura in mediul de crestere/cultura se poate omite daca anumiti suplimenti cum ar fi acidul oleic,linoleic, intre 80 sau ergosterol sunt prezenti in mediu. Culturile imbogatite cu acesti suplimenti pot atinge o concentratie mare de etanol -15,5% greutate- cu o mare eficineta de substrat -95%- in conditii aerobe.Diferiti steroli si acizi grasi cresc variabilitatea celulelor in stare de repaus si prelungesc activitatea lor de fermentare. Incorporarea acestor compusi in membrane celulelor pare sa ceasca permeabilitatea in etanol si permite un coefficient mare de iesire din cellule.

9

Efectul etanolului- etanolul este toxic pentru fermenti. Efectul general este foarte bine observat pe membrane celulei; efectul toxic major s-a pretins a fi o deteriorare a membranei sau o modificare a proprietatilor membranei. Etanolul inhiba atat cresterea cat si productia sa intr-o maniera necompetitiva. Atunci cand etanolul este prezent in concentratii de pana la 2%, inhibitia observata este aproape neinsemnata pentru majoritatea fermentilor. Cu o concentratie mai mare, efectul etanolului devine mai evident.- fig 8 si 9-.Concentratiile de etanol >110 g/l opresc atat cresterea cat si productia de etanol in majoritatea tipurilor. Totusi, cu majoritatea fermentilor toleranti, productia de etanol ( nu cresterea) este posibila in prezenta etanolului de pana la 20%.Asa cum este aratat in fig. 8, efectul etanolului adaugat extern pe cresterea celulei, este mult mai mica decat efectul etanolului autogen. Efectul etanolului pe viabilitatea celulelor creste la temperatura mai mare sau, daca celulele sunt expuse la stress de caldura pe o perioada scurt de timp inainte de a veni in contact cu etanolul.Expunerea prelungita, continua a fermentilor la concentartii mari de etanol da nastere la o pierdere a energiei astfel incat celulele reciclate trebuie sa se intregeasca continuu sau sa se indeparteze/separe la intervale.

Efectul pH-ului- concentratia de ioni de hidrogen in solutia de fermentare afecteaza cresterea fermentilor, randamentul de productie a etanolului, formarea de subproduse si controlul de contaminare bacteriala.De obicei, fermentatia industriala a etanolului are o valoare initiala a pH-ului de cca. 4-6, in functie de capacitatea de limitare a mediului. In medii puternic limitate, pH-ul initial este cca. 5,5-6 si in medii mult mai limitate de cca. 4,5-4,7. daca valoare pH-ului este <5 in timpul fermentatiei, cresterea bacteriala este respinsa in mod drastic; valoarea pH-ului pentru cresterea majoritatea speciilor de Saccharomyches cerevisiae, est de 2,4-8,6 cu o valoare optima de 4,5. Randamentele fermentatiei drojdiei de zahar sunt relative intensive la valoarea pH-ului intre 3,5 si 6.

Efectul temperaturii- majoritatea fermentilor/drojdiei de bere au o temperature maxima de crestere in jur de 39040*C. Temperatura maxima de crestere raportata pentru orice specie de fermenti a fost de 49*C Kluyveromyces maxianus. Speciile mezofilice de Saccharomyches au eficinete optime de celule si randamente de crestere intre 28 si 35*C. Temperaturile optime si maxime pentru cresterea fermentilor termofilici sunt de cca. 40, respectiv 50*C. aceste specii au o cerinta mare de intretinere si cerinte nutritionale mai complicate.

10

In procesarea pe lot, temperatura optima pentru utilizarea completa a glucozei si concentratia fina cela mai mare de etanol este in general usor sub temperatura optima de crestere. Acest lucru este atribuit inhibitiei marite a etanolului la o temperatura mai mare. La temperatura mai mare, randamentul productiei de etanol este mai mare decat randamentul de transport prin membrana celulei. Diferenta in aceste randamente rezulata intr-o crestere a concentratiei de etanol in celule, o inhibitie ulterioara a unor enzime si moartea celulelor. Pentru procese continue, temperatura maxima de proces -35-40*C- in absenta etanolului trebuie redusa pana la cca. 1*C pentru fiecare crestere procentuala in concentratia etanolului.Unii fermenti au o temperatura potima de fermentatie de cca. 40-42*C. Ei produc pana la 12 % etanol cu o eficienta >90% din theoretic. Dat fiind faptul ca fermentatia zaharului este exotermica – 586 J de caldura produsa per gram de glucoza consumata – folosind fermenti care fermenteaza la temperatura mai mare, reduce substantial costurile de racire pentru fermentoare.

5.1.4. Fermentatia directa- atunci cand polizaharidele (celuloza si amidon) se folosesc pentru producerea etanolului, trebuie mai intai sa fie hidrolizate cu ajutorul diferitelor metode fizico-chimice sau enzimatice si, apoi transformate in etanol. Combinand acest proces in 2 etape intr-o singura operatie, ar putea fi un avantaj. Acest lucru se poate realiza prin procese simultane de fermentatie si zaharificare folosind coculturi care pot sa hidrolizeze polizaharidele si s atransforme zaharurile in etanol, sau prin fermentatia directa a polizaharidelor in etanol cu monocultura.In aceste cazuri, randamentul hidrolizei enzimatice este crescut prin indepartarea constanta a zaharurilor produse prin conversia lor in produs. Acest lucru este important in special in cazul hidrolizei celulozei unde glucoza si celobioza inhiba drastic enzimele care participa la hidroliza.Hidroliza enzimatica cuplata a celulozei si fermentatia simultana a zaharurilor rezultate in etanol prin fermenti, au fost cercetate. Tabelul 10 arata hidroliza simultana a substratilor celulozici macinati de catre cellule de Trichoderma reesei Qm 9414 si conversia zaharurilor in etanol d eactre Candida brassicae. Folosirea unui ferment termotolerant si enzyme celulozice intr-un process de zaharificare combinata este un avantaj deoarece temperatura optima pentru hidroliza celulozei este de 45-508C si problemele de racire se pot simplifica in timpul fermentatiei la scara larga.

Tabel 10 – Zaharificarea simultana si fermentatia diferitelor substrate cu si fara pretratare prin macinare:Cap tabel:

- materie prima;

11

- conversia in etanol- fara pretratare- cu pretratate

Un process de zaharificare –fermentare simultana a fost de asemenea aplicata in producerea etanolului din materiale amilacee. Enzimele din Aspergillius niger, A, awamori si Rhizopus au fost folosite pentru hidroliza amidonului cu fermetatie simultana de fermenti/drojdie. Eficientele etanolului in aceste procese s-au incadrat intre 82 pana 99% theoretic. In anumite cazuri concentratia de etanol este atinsa la un nivel de 20% in 5 zile.

Fermentul Schwanniomycel poate sa hidrolizeze amidonul direct si-l fermenteza partial in etanol. Sisteme amolitice de S.castelli si S alluvis au fost raportate. Utilizarea economica a acestora si a altor specii amolitice este probabil nefezabila, pentru ca au toleranta limitata a etanolului.

5.4 Materii prime si materiale

Materiile prime pentru pentru producerea etanolului prin fermentatie, se pot clasifica astfel:

- carbohidrati gata fermentabili care se pot folosi direct;- amidon si alte materiale organice care trebuie transformate

intr-o forma fermentabila inainte de fermentatie.

Materiile prime provin din 3 surse majore:1. recolte agricole;2. produse forestieri si3. subproduse si reziduuri industriale si agricole

In functie de necesitati si utilizare finala, alegerea materiei prime variaza pentru dieferite regiuni, judete si industrii.

5.4.1. Carbohidratii rapid fermentabiliDiferite recolte de zahar cum ar fi trestia de zahar, zaharul si sfecla furajera, sunt recolte bazate pe metabolismul acidului crasulacean, si care fac parte din aceasta categorie.

Trestia de zahar- zaharoza este zaharul obtinut din trestie sau sfecla de zahar, este o recolta tropicala a carei cultivare de succes este limitata in zona de la 37*N la 31* S.Desi trestia de zahar este cultivata in specila pentru producerea zaharului de masa si melasei, este de asemenea o excelenta materie prima pentru producerea etanolului. Carbohidratii fermentabili din trestie se pot folosi fie direct ca suc de trestie, sau ca melasa neagra

12

(un subprodus de zahar). Balanta de material arata ca 160 kg de solide fermentabile se pot obtine din 1 tona de trestie.Trestia este pregatita prin macinarea trestiei brute si extractia zaharului cu apa, urmata de decantare folosind lapte de var si H2So4 pentru precipitarea materialelor anorganice. Rezultatul extras este un lichid verde, usor mai vascos decat apa, cu un continut mediu de zaharoza de 12-13%.Melasa este un reziduu care ramane dupa ce zaharoza a fost cristalizata din sucul de trestie. Melasa este un material foarte vascos care contine zaharoza, fructoza si glucoza la o concentratie totala de cca. 50-60%-greutate/vol. Opus sucului de trestie, melasa este stabila la depozitare si diluata de obicei la concentratia dorita chiar inainte de fermentatie.Un proces tipic pentru producerea etanolului din trestie de zahar este dat in figura 20. Datele de productie sunt listate in tabelul 16. productia de etanol atinge maximum dupa 14-20 ore si descreste pana cand se consuma cca. 95% din zaharul disponibil.

Tabel 16- eficiente /randament de productie etanol din trestie de zahar.

- cap tabel – alcool, direct din melasa- alcool, direct din suc de trestie

In procesele de lot, cateva fermentoare functioneaza de obicei la intrevale decalate pentru a asigura o alimentare continua in coloanele de distilare. Productivitatea generala este de cca. 18-25 kg de etanol per metru cub de volum fermentor per ora. Procesul Melle Boinot este folosit in majoritatea distileriilor din Brazilia (vezi sectiunea Procese de lot)Etanolul a fost produs in proces continuu folosind reactoare de agitare continua , din melasa, de catre distileriile daneze. Procesul este aratat in fig. 21 si datele de performanta sunt date in tabelul 17- date de performanta pentru distileriile daneze ( fermentor 1 si 2).Conform acestui process, melasa este stocata in 2 sau 3 rezervoare de 1500 m3 din care este pompata in containere intermediare. Materialul este reglat pentru pH si nutrienti (azot si fosfor) sterilizat la 1008C folosind schimbatoare de caldura cu plita, apoi introdus in 3 fermentoare cu un volum total de 170 m3. Mustul fermentat este centrifugat dupa fermentare si drojdia vie este returnata la primul fermentor. La inceput, trebuie realizata o propagare suficienta a drojdiei prin aerare – 0,02 -0,03 de aer per litru de lichid per minut-. Randamentul este de cca. 28,29 litri de alcool per 100 kg de melasa, sau unmaxim de cca. 60 l de alcool per 100 kg de zahar fementabil.Un process continuu pentru producerea berii din zahar folosind fermentatoare cu turn este aratat in fig. 22.

13

Cheia procesului este un turn cilindric vertical cu o baza conica. O zona de decantare e dorjdiei/fermentului constitue partea superioara a fermentatorului. Acesta foloseste un ferment coagulat care este pompat la baza turnului. Pe masura ce incepe reactia, berea creste si fermentul coagulat se decanteaza si este retinut in reactor. Densitatile mari de celule de 50-60 g/l sunt atinse fara folosirea concentratiei mecanice a celulelor sau dispozitive de separare. Timpul scurt de sedere - < de 4 ore- cu o concentratie de zahar de pana la 125 greutate/vol. de zaharoza, 90% utilizare zahar si 90% transformare in etanol, produce pana la 5% etanol in sucul final. Productivitatea totala a acestui sistem poate fi pana la de 80 ori mai mare decat sistemul simplu de lot.

Sfecla de zahar- la fel ca zaharoza, sfecla de zahar produce carbohidrati care constau in special din zaharoza-zahar- . Sfecla este o recolta mai adaptabila decat trestia. Poate tolera o mare varietate de sol si conditii climatice si creste aproape in jumatate din SUA, Europa, Africa, Australia si Noua Zeelanda.In plus fata de zaharoza, sfecla contine sufficient azot si alti nutrienti roganici si microorganici ata de putin, daca sunt, fi fortificarea este necesara inainte de fermentatie. Un alt avantaj este randamentul mare de coproduse cum ar fi calotele de sfecla si pulpa extrasa. Pulpa are o valoare mare de hranire iar calotele se pot returna in sol pentru controlul eroziunii si inlocuirea nutrientilor. Randamentul sfeclei furajere este mare, cca. 50-150 tone/ha; compozitia lor este descrisa in 273.O noua recolta de sfecla furajera produsa in Noua Zeelanda printr-o hibridizare genetica intre sfecla de zahar si galbenele, da randamente mai mari de carbohidrati fermentabili per hectar deact sfecla de zahar. In plus, zaharul din sfecla furajear este raportat a fi mai rezistent la degradare pe durata mare de depozitare.Procesele pentru producerea alcoolului din zahar si sfecla furajear sunt practice aceleasi ca si la trestie.

Recoltele de fructe- multe recolte-struguri, prune, piersici, ananas- contin proportii variabile de zaharuri. Zaharurile din fructe pot fermenta rapid in alcool si acest lucru se face la scara larga pentru producerea bauturilor alcoolice. Continutul de alcool al produsului, care practice este lichid dupa fermentatie, separarea drojdiei, tratament ulterior, maturare, depinde de folosirea conditiilor de fermentatie. Vinurile de masa au < 14% alcool in timp ce vinurile cu >14% alcool sunt in categoria vinurilor desert si aperitivelor. Concentratiile mai mari de alcool sunt atinse cu ajutorul distilarii pentru a produce bauturi puterni alcoolizate- cum ar fi whiskey, gin, vodka etc.-Alcoolul pentru utilizarea induatriala sau combustibil este rareori produs din recolte de fructe si legume. Totusi, unele fructe din climatul

14

tropical sau semiarid cum ar fi florile mohwa si copacul tropical de ceai, au fost investigate pentru productia de alcool carburant.

Recolte bazate pe metabolismul acidului Crasulacean- a crescut interesul in folosirea regiunilor agricole semi sau neproductive din lume in cultivarea recoltelor de producere alcool. Aceste regiuni outeau fi folosite pentru cultivarea plantelor care folosesc metabolismul acidului Crasulacean din cauza metabolismului lor fotosintetic care este foarte efficient la cerintele de irigatie. Aceste plante au productivitatea medie comparata cu alte recolte agricole.

Plantele cu metabolismul acidului Crasulacean care sunt mari fermentabile in carbohidrati include diferiti cactusi – ex. Opuntia sp.- si alte plante cum ar fi Euphoria Lathyrus si Agave. Sunt putine adte disponibile cu privire la potentiala productie de etanol din aceste recolte si fesabilitate economica.; totusi se poate produce o cantitate de 50 t/ha annual in zone subagricole.

5.4.2. Amidon- o varietate de materiale amidice cum ar fi granele, manioc, batatele, sorgul se pot folosi pentru fermentatia etanolului. Selectia depinde de diferiti factori, cei mai mari fiind climatul si disponibilitatea pentru productie la scara larga. Graul, porumbul sunt cele mai commune materii prime din Europa si America de Nord, in timp ce orezul, maniocul, batatele sunt importante in tarile tropicale.

Graul- este preferat ca materie prima pentru transformarea alcoolului in SUA sip arte din europa. Este disponibil in cantitate mare si pretul sau este acceptabil pentru conversia etanolului. Conversia este eficienta si subprodusele cum ar fi stiuletii, coada de frunza si frunza sunt valoroase pentru hrana animalelor, sursa de energie sau ingrasamant. Aproximativ 60% din productia de grau este folosita pentru hrana si cca. 5% pentru fabriacarea alcoolului.Un numar de loturi si procese continue au fost dezvoltate pentru productia de etanol. O instalatie conventionala de fermentatie care produce 76x 103 m3 de etanol anhidru per an este data in fig. 23. In acest process, graul este pregatit pentru a se dizolva si gealtiniza amidonul. Enzimele alfa- amilaza si glucoamilaza sunt apoi adaugate pentru hidroliza amidonului la monozaharidele fermentabile. Dupa fermentarea drojdiei timp de cca. 48 ore la 32*C, peoximativ 90% din amidon este transformat in etanol. Solutia de fermentare este alimentata in bere unde alcoolul este inca distilat. Distilarea ulterioara produce 95% alcool care poate fi apoi concentrate prin distilare azeotropica folosind benzene. Dupa centrifugare, se concentreaza la cca. 50% solide intr-un evaporator cu efecte multiple, apoi concentrate intr-un bad fluidizant, uscator la cca 105 umiditate si folosit apoi ca hrana pentru animale. Aceasta hrana contine toate proteinele prezente

15

initial in cereale, plus porteina suplimentara din drijdie, rezultand intr-un produs care contine 28-36% greutate/volum proteina.In plus fata de alcool si hrana animalelor, randamentul original al graului este de 175x 103 Co2 si 95 kg de produs secundar aldehida, ketone si uleiuri de fuzel.ALLTECH a dezvoltat o metoda pentru procesarea integrala a granelor –calea fermentatiei-fig. 24.Doua enzime, alcoolaza din Bacillus subtilis si alcoolaza din Aspergillus niger si Rhizopus niveus sunt folosite la hidroliza amidonului in zaharuri fermentabile. Se aplica pregatirea continua. Amidonul este mai intai amestecat cu apa si alcoolaza la 608C si apoi prajit la 93-1658C intr-un prajitor. Amestecul rezultat este racit si s eadauga o a doua portie d ealcoolaza; se lasa 20 minute pentru conversie. Dupa aceea este prima etapa de hidroliza, s eregleaza temperature la 32*C se suplimenteaza cu alcoolaza si fermenteza cu drojdia.

Maniocul- este al 2 lea ca importanta numai dupa cartorful dulce drept recolta de tubercul la tropice si parte din America de Sud de unde este originara planta. A fost dus in Africa de vest d eactre prtugheze in jurul anului 1914 unde, se pare ca a inlocuit acum cartoful pentru ca se adapteaza usor si necesita mai putin decat alte recolte. Maniocul este una din plantele cu cea mai mare eficienta , necesita cultivare mica iar tuberculii pot fi lasati in pamant fara deteriorare serioasa. Aceasta familie de manioc este larg raspandita si include 283 de genuri inclusiv 7300 specii cu distribuire mondiala. Manihot esculenta, mutilisima si m dulcis sunt cateva din membrii importanti ai genului care includ peste 150 specii distribuiti in toate tarile tropicale. Multe dintre specii produc latex si ceva cauciuc in Brazilia, Indonezia si Zair, care sunt cele mai mari producatoare de manioc.Radacinile proaspete sunt spalate, decojite si puse in must; parte din must este uscat; in aceasta forma se depoziteaza pana la 1 an si folosit ca hrana pentru animale. Prima adaugare diminueaza viscozitatea mustului si faciliteaza prajirea. Enzima faciliteaza lichefierea; procesul folosit pentru a obtine etanol din manioc este aratat in fig 25.Alcoolul obtinut din manioc este de 165-180 l.t care, pe baza greutatii, este mai mare deact cel obtinut din trestie. Un alt avantaj al trestiei este continutul de fibra uscata care egaleaza cantitatea totala de zahar. Cantitatea acestor fibre este suficienta pentru a mentine cerintele de energie ale plantei; nu este cazul maniocului si, prin urmare, necesita procesare serioasa a radacinilor inainte de fermentare.

Sorgul dulce- contine atat zahar cat si amidon. Randamentul sau de etanol din zaharuri fermentabile este cca. 3500-4000 l/ha. Zaharurile fermentabile si amidonul sunt tratate conventional pentru productia de etanol.

16

Zaharurile fermentabile si amodonul sunt tratate conventional pentru productia de etanol. Zaharurile libere sunt fermentate direct in timp ce amidonul este hidrolizat cu amilaze ca si la manioc.

Cartoful- este o recolta de amidon cunoscuta in toata lumea. Este originat din America de Sud-Chile si Peru- si a venit in europa prin Spania, la finele secolului 16. Este cultivat acum in majoritatea climatelor si in majoritatea tipurilor de sol, inclusiv cel nisipos. Amidonul este principalul component carbohidrat din CARTOF- 68-80%. In functie de cultivare si varietate, continutul de amidon poate varia intre 12 si 21% in ca rtofii bruti. Numai mici cantitati de zaharuri solubile sunt prezente -0,07-1,5%- glucoza, zaharoza si fructoza- precum si ceva cauciuc si dextrine si pentosan.Productia de eatnol se bazeaza pe fermentatiea amidonului disponibil. Un process dezvoltat de Distileriile daneze este aratat in fig. 26. Procesul este semicontinuu si se aplica atat la cartofi cat si la cereale.Cartofii sunt macinati si tratati cu amilaza pentru hidroliza amidonului. Sectia de tratare implica o tratare rapida la 150*C timp de cca. 3 minute. Amestecul este racit la 708C pentru lichefiere cu amilaza comerciala de origine bacteriala, apoi racit mai deoarte la 30*C si folosit pentru fermentatia alcoolului in od obisnuit.Jerusalem antichoke- asemanatoare florii soarelui, capatand numele de floarea soarelui salbatica. Sunt aprox. 102 diferite denumiri ca sinonime cu numele de H.tuberous. Planta originara din America , adusa in Europa la inceputul secolului 16 cand a fost rapid raspandita in tarile mediteraneene. Creste 1,5-2,5 m inaltime. Tuberculii prezinta un mare interes ca materie prima de fermentatie.. crabohidratul principal este inulina care este compusa din o serie omogena de unitati polifructofuraniza. Un process produce 360x 103 kg/a etanol din aceasta planta- fig. 27.In acest process, sucul este stors din tuberculi si extras cu apa pentru obtinerea concentratiei d eacrbohidrat de aprox. 20%. Carbohidratii sunt apoi hidrolizati enzymatic prin activarea inulinazei endogene la cca 50-60*C, hidroliza acidului fiind eficienta. Zaharurile fermentabile rezultate sunt apoi transformate in etanol pe o cale conventionala.S-au explorat si noile cai de conversie; drojdia floculanta – Sacharomycel diasticul a fost folosita in moduri continue si semicontinue.

5.4.3. Materiale lignocelulozice- sunt cea mai mare sursa terestra de bimasa care este un produs recuperabil prin fotosinteza. Energia solara care atinge suprafata pamantului est de 3,67 x 1021 kj/a. fotosinteza globala poate transforma 2,57 x 1018 kj din acea energie in biomasa cu continut de celuloza. Potentialul de fermentatie al lignocelulozei est bazat in principal pe continutul de celuloza al biomasei. Din punct de vedere chimic celuloza este similara

17

amidonului. Este un polimer al glucozei in care unitatile de glucoza sunt legate in lagaturi gluconice, in timp ce leagturile de amidon sunt predominant alfa-1,4. Gradul de polimerizare variaza pentru diferite surse de celuloza. Molecula de celuloza este mai reziatenta la hidroliza in comparative cu leagturile glucozice. Aceasta rezistenta se datoreaza nu numai structurii bazate pe legaturile glucosidice dar si in mare masura configuratiei secunadre si tertiare a lantului celulozic, precum si asocierii apropiate cu alte structuri polimerice de protecie cum ar fi lignina, amidonul, pectina, hemiceluloza, proteinele si elementele minerale. Molecula de lignina pare a fi in principal responsabila pentru dificultatea in hidroliza a materialului lignocelulozic pentru ca formeaza un strat protector in jurul microfibreloir celulozice. Lignina este o macromolecula cu character fenolic si poate fi vazuta ca un produs de deshidratare a 3 alcooli monomerici.Cand celuloza de bumbac este tratata cu acid de dilutie, are loc hidroliza partiala sic ca, 15% din lantul celulozic este degradat in glucoza. Restul de 85% este mai rezistent la hidroliza, posibil din cauza ca aceasta portiune de celuloza exsista intr-o mare ordine cristalina.Pentru a folosi materiale lignocelulozice pentru fermentatia etanolului, ele trebuie pretratate si apoi hidrolizate in zaharuri fermentabile. Pretratarea poate fi fizica sau chimica, de ex. Macinarea, explozie abur sau utilizarea de solventi si diferiti agenti de expandare.In explozia cu abur, talasul verde este incalzit la cca. 180-200*C timp de 5-30 min., acizii formati din hemiceluloza la aceasta temperature si mare presiune incep sa autohidrolizeze celuloza si lignina care este sufficient degradata la finalul perioadei de abur astfel incat atunci cand vasul este depresurizat subit la presiune aatomsferica si are loc o explozie in celulele lemnoase. Acest lucru intrerupe partial asocierea apropiata a celulozei cu lignina si creste zona de suprafata pentru hidroliza ulterioara. Efectul pretratarii cu abur pe hidroliza enzimatica pe hidroliza enzimatica a diferitelor materiale cu continut de celuloza, este aratat in tabelul 18.Materialul lignocelulozic pretratat este supus apoi unei hidrolize ulterioare, care poate fi acidica sau enzimatica.

Tabel 18- efectul pretratarii cu abur asuora hidrolizei enzimatice a substratelor celulozice – pe diferite substraturi- lemn de esenta tare, plop, reziduuri agricole, deseuri urbane, lemn de esenta moale, molid, trestie zahar, brad Douglas .

Tabel 19- comparatie intre hidroliza enzimatica si acida a materialelor celulozice.Hidroliza substantelor dizolvate prin pat de talas- conditiile optime de process; dupa digestie efluentul trece printr-un evaporator cu detenta care separa vaporii care contin furfurol si methanol din condensate care contine solutie de zahar. Solutia de acid hidrolizat este

18

neutralizata cu lapte de var si sulfatul de calciu precipitat este separate intr-un decantor de slam solid.

Deseuri de materiale si reziduuri- diferite tipuri de desuri municipale se pot folosi ca substraturi pentru fermentarea etanolului, fermentatie care se bazeaza pe azahrul amidonul sau celuloza disponibile in acest material. Avantajul major consta in cuplarea tratarii desurilor la productia unui produs cu avloare mai mare. Atat poluarea mediului cat si economisirea procesului sunt astfel imbunatatite.

5.4.4. Lujerul de porumb- disponibil in cantitati mari ca subprodus din agricultura. Este predominant compus din lignoceluloza. Un proces in 2 etape foloseste tratarea acidului de diluare urmata de impregnarea acidului concentrate a materialului lignocelulozic – fig 31.In acest proces, lujerii d eporumb sunt tratati cu H2SO4-4,4% la 1008C timp de 50 min. Amestecul este filtrate si lichidul bogat in xiloza este procesat prin electrodializa pentru recuperarea acidului. Solidele sunt uscate si impregnate cu 85% H2SO4 urmata de dilutia cu apa pentru a da o concentratie de acid sulfuric de 8%. Urmeaza hidroliza la 110*C timp de 10 min. si acidul este iar recuperat prin electrodializa.

Deseuri menajere- contin o varietate compleza de materiale acre provin in principal din reziduuri de tip celulozic. Este generate o mare cantitate per persoana/ zi de cca. 1,3- 2,2 kg /pers. Este separate in fractii dense si usoare prin folosirea unui separator cu flotatie sau un defibrator special. Fractia defibrata contine celuloza care este mai intai supusa indepartarii particulelor sim plasticelor , apoi introdusa intr-un reactor unde este hidrolizat cu acid sulfuric timp de cca. 1,2 minute la 230*C. Procesul este urmat de raciire rapida, neutralizare Ca CO3 si filtrare. Fermentatia solutiei de zahar dureaza cca. 20 ore la 40*C cu un randament de cca. 1,7% etanol apos care este apoi concentrate prin distilare la cca. 95% etanol.

Lesia din industria celulozei si hartiei -2 metode chimice predominante in indutria celulozei si hartiei; sulfatul –KRAFT- si sulfite- celuloza si hartie. Baza acestor operatii este trataemntul materialului lignocelulozic – lemn, paie etc- cu acid sau baze puternic concentrate care trebuie sa dizolve Portia de lignina a lemnului si sa lase fibrele de celuloza care sunt procesate in produsul final de hartie. In funtie de conditii – temperature, presiune, concentratie chimicale si timpul de digestie, poate avea loc descompunerea celulozei originale. Drept rezultat, productia de celuloza este realizata precum si lesia chimica.Cnatitati mari de lesie sunt generate intr-o fabrica de celuloza si hartie, o cantitate de aprox 9180 litri per tona de luloza produsa. Lesia este mai intai stripata de SO2 cu o baie de stripare de abur, necesara pentru ca SO2 ar putea inhiba fermentatia ulterioara. Lesia este

19

reglata pentru a da cca. 10-12% concentratii de zahar,se regleaza pH-ul, fermentatia este realizata conventional cu drojdie la 30*C. Drojdia este de obicei concentrata si reciclata iar solutia care contine etanol este trimisa la sectia de distilare.

Zerul de branza- un subprodus al producerii branzei; cu proteina sa, carbohidratii si continutul d evitamina, este un material valoros, nutritional; compozitia s aeste descrisa in 307; este folosit in diferite forme drept component, fie pentru hrana omului sau a animalelor. Totusi, utilizarea si reciclarea nutrientilor de zar depend de muti factori, unul din ei fiind dimensiunea fabricii d ebarnza. Cu cat fabrica este mai mica, cu atat reciclarea zerului este practicata mai putin.Alcoolul produs din zer esre derivate in principal din fermentatia lactozei. Totusi, numai putine microorganisme pot transforma lactoza in etanol, si drojdia conventionala nu este printer ele.S-a dezvoltat un proces care foloseste Kluyveromyces fragilis in Danemarca, in care zerul este concentrate prin osmoza inverse si ultrafiltrare, apoi introdus in vase de fermentatie. Randamentul bazat pe lactoza este aproximativ 80% theoretic. Sunt necesari aproximativ 42 litri cu continut de 4,4% lactoza pentru producerea unui litru de etanol absolut.

7. Comparatie aspecte economice ale procesului pentru etanolul sintetic si de fermentatie

Cifrele si calculatia in acest capitol se bazeaza pe datele preluate din 331-333.

7.1. Rezumatul analizei de cost pentru etanolul sintetic si de fermentatie

Costurile pentru producerea etanolului prin hidratarea etanolului (etanol sintetic) sau fermentatia (etanol de fermentatie) depend de pretul materiilor prime folosite. Etanolul de fermentatie a devenit competitive din punct de vedere economic cu etanolul sintetic, atunci cand preturile pentru titei au crescut la sfarsitul anilor ’70 si la inceputul anilor ’80 pentru ca etilena este derivat al produselor de rafinarie. Costurile de productie pentru etanolul de fermentatie se mai pot reduce prin introducerea de noi procese si tehnologii imbunatatite care folosesc materii prime cum ar fi lemnul, deseurile si alte materiil prime alimentare cu costuri mici.Pretul materiilor alimentare pentru producerea etanolului sintetic este mare, dar cerinta costului de capital este mica. Chiar daca etanolul de fermentatie este produs dintr-o materie alimentara necostisitoare,

20

costurile de operationale si de capital sunt mai mari decat cele pentru etanolul sintetic.

Analiza urmatoare arata ca cheltuielile d eproductie pentru etanolul sintetic bazate pe preturile etanolului sintetic din 1986, cele de 350 $/tona, sunt in acelasi interval cu cele pentru etanolul de fermentatie produs din melasa, cu costuri de 45$/tona.Cifrele de productie sunt date in litri si tone metrice. Pentru a transforma litrii in galoane, se imparte la 3,785; 1 tona= 1260 litri.

7.2. Costuri de productie pentru etanolul sinteticSinteza etanolului din etilena este impartita in 3 etape de process: hidratare, purificare si distilare (pentru detalii, vezi cap. Sinteza si Recuperare si Purificare). Sunt necesare aproximativ 87 de piese majore de echipament de procesare.

Costuri de investitie- pentru calcularea costurilor de productie pentru etanolul sintetic, numarul pieselor/partilor de echipament important si costurile acestora au fost estimate in dolari SUA in baza nivelului de costuri din 1986. Fig. 41 arata costurile totale estimate de investitii pentru instalatiile presupuse si auxiliare (echipament auxiliar, rezervoare primare de stocare ) cu capacitate de 25 000, 50 000, 100 000 si 150 000 t/an. Impartirea investitiei pentru principalele instalatii de procesare –investitii interioare, total, este dupa cum urmeaza:

1. Echipament si masinarie, inclusiv tevi, izolatie. Vopsea si instalatii electrice – 50%;

2. Constructie si montare – 25%;3. Lucrari de constructii – 10%;4. Constructie, costuri achizitie echipament si pornire -15%

Taxele pentru autorizare sunt considerate separate.

Costuri productie- costurile anuale de productie ( in dolari 106) de etanol sintetic produs intr-o instalatie de 50 000 to/an din costurile de etilena de 350$/tona, sunt dupa cum urmeaza ( presupunand ca 0,625 tone de etanol se pot obtine din 1 tona de etilena):-materii prime 11,26 ( 59%)- utilitati 4,18 (22%)- mana de lucru 0,24 (1%)- amortizare, dobanda, intretinere 3,59 ( 18%)Total costuri productie 19,27 (100%)

Perioada de amortizare – in ani, pentru o instalatie de 50 000 to/an, poate fi calculate folosind cifrele ( date in 106 $/a, presupunand ca etanolul se vinde la 450$/tona si etilena costa 350$/tona:- cifra anuala de afaceri 22,50

21

- total costuri productie 19,27- diferenta 3,23- amortizare 1,65- cash flow 4,88

Perioada de amortizare=investitii

---------- = 3,4 ani

cash flow

Pentru o instalatie cu capacitate dubla -100 000 to/a, perioada de amortizare se reduce de 3,4 la 2,5 ani. Fog. 42 arata perioadele de amortizare pentru productia de etanol sintetic in 50 000 to/a ca o functie a pretului de vanzare pentru etanol, la diferite costuri pentru etilena. Preturile din 1986 pentru petrol si benzina sunt date pentru comparatie.

7.3. Costuri productie pentru etanolul de fermentatieDiagrama de procesare a etanolului de fermentatie din surse regenerabile este impartita in 2 etape majore ( pentru detalii, vezi cap. Fermentatie si Recuperare si Purificare).

1.Manipulare materii prime2. Pretratare hidroliza3. Fermentatie4. Distilare di deshidratare5.Procesarea reziduurilor si producerea de produse secundare optionale

Sunt necesare aprox. 140 de piese majore de echipament pentru o instalatie de melasa si aproape 200 pentru o instalatie de zaharificare a lemnului.

Costuri investitieFig. 43 arata costurile estimate de investitii pentru inslatalatia de etanol de fermentatie cu o capacitate de 52 000 t/a (200 000 l/zi); costurile sunt date pentru fiecare etapa de procesare si pentru intreaga instalatie de procesare offsite. Costurile totale de investitie sunt date pentru instalatii care utilizeaza materii prime pe baza de celuloza cum ar fi melasa, maniocul sau lemnul.

Costuri de productie pentru 3 materii prime diferiteCosturile anuale de productie pentru etanolul de fermentatie produs intr-o instalatie de 52 000 to din 3 materii prime de baza –trestie de zahar, manioc si lemn de eucalipt- sunt date in tabelul 23.

22

Tabel 23- costuri de productie pentru etanolul de fermentatie obtinut din melasa de testie de zahar, manioc si lemn de eucalipt

Cost, 106 $/a Melasa, manioc, lemn eucaliptMaterii prime 9,27 14,77 7,19Utilitati 3,77 7,66 12,32Mana de lucru 0,76 1,10 1,18Amortizare,Dobanda,Intretinere 7,06 7,75 11,58Total costuri Productie 20,86 31,28 32,27

Atat graul cat si porumbul sunt folosite de firme mari producatoare de etanol in zonele cu grau din SUA. Costurile economice ale productiei de etanol din aceste materii prime sunt similare celor de productie de etanol din melasa, dar sunt puternic influentate de urilizarea produselor secundare si valorile de piata. Procesul de macinare umeda faciliteaza productia de etanol de calitate superioara si retine uleiul de porumb si proteina de porumb in lantul alimentar. Costurile cu utilitatile sunt reduse prin folosirea enegiei pe baza de carbune. In unele instalatii, hidroliza enzimatica este menita sa permita ca productia sa fie schimbata periodic de la etanol la sirop d eporumb cu fructoza mare.

Perioada de amortizare – in ani, se poate calcula folosind cifrele date in 106$/a, presupunand ca etanolul se vinde la 450$/to si ca melasa costa 45$/tona

Cifra anuala de afaceri 24,90Total costuri productie 20,86Diferenta 4,04Amortizare 3,18Cash flow 7,22Rezultat = 4,4 ani

Daca pretul de vanzare pentru etanol este mai mare, de ex. 550$/tona, perioada de amortizare se reduce la 2,8 ani.Fig. 44 arata perioadele de amortizare pentru productia etanolului de fermentatie ca functie a pretului de vanzare pentru etanol. Melasa din trestie de zahar, maniocul si lemnul de eucalipt au fost luate in calcul ca materii prime, costurile lor fiind 45$, 30$ si 15$/tona, La inceputul anilor ’70, etanolul sintetic era mai ieftin decat etanolul de fermentatie, deoarece preurile la titei, si, astfel, preturile pentru etilena, erau mici. Cresterea pretului pentru petrol si, prin urmare,

23

etilena, au fost insotite de scaderi de preturi la porumb si melasa din trestie de zahar. Asta inseamna ca etanolul de fermentatie era mai ieftin pentru producerea etanolului sintetic. Etanolul de fermentatie se poate estima sa mentina un usor avantaj de prêt peste pretul etanolului sintetic atata timp cat preturile materiilor prime este mic. Daca etanolul este amestecat cu benzina pentru utilizarea drept carburant ( pentru automobile) perioada de amortizare de 3-4 ani este acceptabila. Preturile minime de vanzare pentru etanol care ar justifica economic productia din melasa, manioc si lemn de eucalipt, ar fi de 500$, 675$ si 7754 per tona –fig.44- In 1986, preturile din Europa de Vest erau de 300$-400$ per tona pentru nafta brut si 500$-600$pentru benzina din rafinarie ( fara taxa).

Optiuni de procesare reziduuri

Daca reziduul/deseu este folosit direct ca ingrasamant fara procesare ulterioara, ca in tarile in curs de dezvoltare, fezabilitatea economica a productiei etanolului de fermentatie este crescuta cu aproximativ 15%. Deseul poate fi de asemenea procesat in 4 modalitati principale:

1. Evaporare cu efecte multiple, uscarea reziduului concentrat si productia de grane uscate ( un produs secundar care este folosit ca hrana pentru animale);

2. Represarea mecanica cu vapori, eavporarea siropului, uscarea reziduului concentrat si productia de grane uscate de distilerii

3. Evaporarea si arderea siropului4. Digestia anaeroba cu generare de biogaz

Analiza beneficiilor economice ale acestor 4 scheme referitoare la productia etanolului, arata ca sistemul 2 este cel mai avantajos; sistemul 1, 3 si 4 sunt mai putin favorabile, dar gale. Dezavantajul schemelor 1 si 2 este pretul de vanzare nestabil pentru granele de distilerie. Schema 3 este scumpa deoarece este necesar un sistem de purificare gaze reziduale. Avantajul schemei 4 este producerea de energie sub forma de biogaz.

8. Analiza

Metodele fizice clasice pentru determinarea concentratiei de etanol intr-o mostra, se bazeaza pe masuratori de densitate relative –cu un densometru, hidrometru sau densimetru- scaderea punctului de fierbere al amestecului acool apa –folosind un ebuliometru- si indicele de refractie. In plus, cromatografia cu gaz este rapida si sigura. Au fost folosite diferite standarde interne cum ar fi acetona, acetatul de etil, n-propanol, 2-propanol si etilen glicolul, eterul monoetil.Metodele chimice include oxidarea acidului acetic de catre bicromat in prezenta acidului sulfuric si titrarea bicromatului care nu a reactionat,

24

cu sulfat feros de amoniu. pH-ul reactiei este critic deoarece etanolul ar putea fi oxidat, fie in acetaldehida sau un amestec de acetaldehida si acid acetic. Daca amestecul etanol- apa este denaturant, pot interfera alti compusi.Puritatea chimica a etanolului este deseori determinate folosind reactii de acetilare sau ftalare in care etanolul reactioneaza cu o cantitate definite fie de anhidrida acetica sau ftalica in solutie de piridina. Descresterea in aciditate a solutiei anhidre –dupa hidroliza si compararea cu o solutie standard- corespunde reactiei grupurilor hidroxil. Orice gruare hidroxil poate lua parte la aceste reactii, care nu sunt specifice etanolului. Alte grupuri functionale nu interfereaza.Urme fine de etanol pot fi determinate prin metode colorimetrice folosind compusi cum ar fi 8- hidroxichinolina sau acid vanadic care formeaza compusi colorati cu alcoolul.

In plus fata de metodele fizice si chimice, este folosita o metoda biochimica pentru determinarea concentratiei de etanol. Aceasta metoda se bazeaza pe oxidarea etanolului in acetaldehida prin nicotinamida. Enzima de dehidrogenaza de alcool catalizeaza in reactie.

Pentru a aduce reactia la final, aminoureea, acidul acetic sau dehidrogenaza de enzima aldehida este adaugata pentru a indeparta acetaldehida din amestecul de reactie. Reactia este urmata de spectofotometrie la o lungime de unda de 340 nm unde, absorbtia este proportionala cu cresterea concentratiei de NADH. In ciuda faptului ca unii alcooli pot si ei reactiona, metoda este buna si se poate folosi pentru determinarea concentratiilor foarte mici de alcool.Unele metode enzimatice folosesc sonde enzimatice cu enzime imobilizate. Sondele elctrod cu celule integral microbiane au fost de asemenea dezvoltate pentru determinarea alcoolului.

9. UtilizariEtanolul este o chimicala oganica cu multe aplicatii:

1. bauturi alcoolice-bere2. sovent3. materie prima in sinteza chimica4. combustibil

In majoritatea tarilor, etanolul produs prin fermentatie a fost folosit pentru bauturi si chimicale speciale si etanolul produs prin sinteza chimica a fost folosit in scopuri industriale, Anumite tari, cum ar fi Brazilia si India, folosesc etanolul de fermentatie in scopuri industriale.

25

Timp d emulti ani, bauturile alcoolice au fost taxate in toata lumea. Totusi, pretul pentru etanolul taxat a fost prea mare pentru utilizarile sale ca materie prima industriala. Pentru a permite industriei sa obtina alcool la un pret mai mic, Legea Alcoolului Industrial si denaturant, fara taxa din 1906 a fost votata in SUA. Legi similare au fost adoptate si in alte tari.Guvernul SUA a implementat controlul financiar, administrativ si chimic pentru prevenirea utilizarii etanolului fara taxa, in bauturi. Aceste regulamente au stabilit urmatoarele 4 categorii distincte ale etanolului industrial:

1. Alcool complet denaturant2. Solventi brevetati si solventi industriali speciali3. Alcool denatural special4. Etanol pur(absolut)Etanolul pur si cel usor denaturant sunt sub control strict, in timp ce etanolul denaturant are cele mai mici controale financiare si administrative. O gama larga de chimicale se poate folosi pentru denaturarea etanolului.

Solvent-etanolul este cel mai important solvent dupa apa. Aplicatiile sale comerciale sunt in productia de produse de toaleta si cosmetice, detergenti si dezinfectanti, produse farmaceutice, acoperiri de suprafata si in procesarea alimentelor si medicamentelor. Atat etanolul sintetic cat si cel de fermentatie se pot folosi in aceste scopuri; cu toate acestea, etanolul de fermentatie este preferat ( in special in Europa) pentru aplicatii care implica consumul uman ( folosire corporala) cum ar fi cosmeticele, produsele de toaleta si farmaceutice.Cantitatea de etanol denaturant folosit ca solvent, este in crestere. De exemplu, in SUA 197 000 si 340 000 tone de etanol au fost folosite in 1960 si 1979. In Japonia, intre 1974 si 1978 cantitatea de etanol ca solvent a crescut cu pana la 28%.

Materie prima- etanolul este folosit si pentru producerea diferitelor chimicale- vezi fig. 2.1.acetaldehida2. butadien3. eter etilic4. acetate de etil5. etilamine6. etilena7. eteri de glycol si alti produsi formati prin reactia cu oxid de etilena sau epoxid8. otet

26

Tabelul 24 arata cei mai importanti produsi devivati din etanol, folositi in SUA. Cantitatea de etanol special denaturant folosit ca materie prima in productia de chimicale a fost de 37,6% din cantitatea totala de etanol denaturant folosit in tara in timpul perioadei de timp mentionate. In SUA consumul de etanol ca materie prima a atins un varf in 1960 -627 000 tone- si , dupa aceea, a scazut substantial. Cantitatea de etanol folosit la producerea chimicalelor in 1979 a fost numai o treime din cantitatea folosita in 1960. Principalele motive pentru acest declin sunt folosirea etilen glicolului mai mult decat etanolul in antigel, inlocuirea etanolului cu etan in productia de acetaldehida si productia de etilhexanol si butilaldehida din alte materii prime. Anumite tendinte arata ca un alt declin poate schimba utilizarea etanolului in producerea chimicalelor.In unele tari, cum ar fi Brazilia, se accentueaza, deoarece este cel mai mare producator al lumii de etanol din zahar. Tabelul 25 arata cantitatea de zahar folosit pentru productia de etanol in perioada dintre 1981-1982 pana la 1985-1986 in Brazilia si in toate celelalte tari, cu exceptia SUA unde productia de eatnol se bazeaza pe porumb. In 1985 -1986 productia din Brazilia a reprezentat 95% din productia mondiala. Brazilia aproape ca a dublat productia de etanol intr-o perioada de de 5 ani. Majoritatea etanolului este folosit drept combustibil; numai o mica fractiune este folosita drept materie prima chimica pentru productia de acetaldehida, acid acetic, butanol, octanol, etileni clorurarti, glicoli, polietilena, stiren, acetate de vinil si alte chimicale.In 1977, 158 x 106 litri de etanol au fost folositi ca materie prima pentru fabricarea chimicalelor in CEE. O cantitate mult mai mare a fost folosita ca solvent. In aceste tari, cca. 55% din etanol a fost derivat din fermentatie.Mai mult de 50% din totalul de etanol produs in India in 1978 a fost folosit pentru producera chimicalelor. Productia totala de acetaldehida, acid acetic, nhidrida acetica si DDT s-a bazat pe etanol, deoarece a fost o fractie importanta de productie a acetatilor organici, acetona, butanol si o anumita cantitate de polietilena si policlorura de vinil si stiren.

Tabelul 24 –etanolul folosit ca materie prima in fabricarea chimicalelor in SUA – din 1 iulie 1978 pana la 30 iunie 1979:Denumire;- otet- acid acetic- acetate de etil- clorua de etil- alti esteri de etil- etoxid de sodium

27

- etilenamine pentru procesarea cauciucului- coloranti si intermediary- acetaldehida- eter, glycol si altii-exclusiv eterul etilic- xantati- medicamente si chimicale medicinale- produse organo siliconice- alte chimicale- rasini sintetice

Tabel 25- consumul de zahar pentru producerea etanolului- recolta anuala – consum zahar, Brazilia si alte tari- NU INCLUDE

SUA

10. Aspecte economice -datele din acest capitol sunt luate din 350-352

10.1. Productia mondiala de etanol sintetic si de fermentatieCapacitatile si cifrele de productie anuala pentru instalatiile deja existente care produc etanol sintetic si de fermentatie in tarile dezvoltate si in curs de dezvoltare, sunt date in tabelul 26. Numai instalatiile industriale au fost luate in calcul; productia la scara mica cu caapcitati mai mici de 5000 l/zi –de ex. Unitatile mici la ferme si comunitati locale- au fost ignorate.Tabel 26- capacitatile instalatiilor de etanol si productia anualaSINTEZA FERMENTATIECapacitate instalata, 106L/ZI Capacitate instalata, 106L/ZI Numar de instalatiiProductie, 106L/ZI

- vezi cifrele-

Capacitatea totala a productiei mondiale pentru etanolul sintetic este de 8,446 x 106 litri/zi si productia anuala este de 2282 x106 litri. Majoritatea din cele 28 de instalatii care produc etanol sintetic sunt situate in tarile industrializate; tarile in curs de dezvoltare produc in principal etanol de fermentatie. In Italia, RFG, UK si Canada, cca 505 din etanol este produs prin hidratarea etilenei; cifra corespunzatoare pentru SUA este de cca. 35%. Tarile dezvoltate si in curs de dezvoltare produc aproximativ cantitati egale de etanol de fermentatie intr-un total de cca. 720 instalatii.Capacitatea totala a productiei mondiale pentru etanolul de fermentatie depaseste pe departe pe cea de etanol sintetic si este mai mare de 32 x 106 litri/zi; productia medie este, totusi mai mica decat 20 x106 litri/zi. Motivul este ca instalatiile de fermentare in majoritatea tarilor in curs de dezvoltare sunt alimentate cu materii prime din trestie de zahar pentru a parte a anului.

28

Producatorii de etanol de fermentatie din tarile induatrializate importa unele materii prime sub forma de melasa din industriile care produc zahar din tarile in curs de dezvoltare.

10.2 Producatorii majori de etanol de fermentatie din resurse regenerabile

Mai mult de 60% din productia mondiala totala pentru etanolul de fermentatie este in Brazilia, SUA si India. Aceste tari au tot climatul favorabil, conditii bune de sol si teren suficient pentru a produce materiile prime necesare.

Fig. 45 arata dezvoltarea capacitatilor de productie pentru etanolul de fermentatie in aceste tari si pe plan mondial, din 1970 pana in 1986. Deoarece prima mare crestere de prêt pentru titei de la ibceputul anilor ’70, capacitatile mondiale de etanol de fermentatie s-au dublat. Coeficientul de crestere este, totusi, incetinirea. Capacitatile instalatiilor pentru etanolul de fermentatie se pot astepta sa scada pentru ca investiile s-au redus si s-au inchis instalatiile vechi.Cresterea drastica a preturilor la combustibil, poate fi o schimare in aceasta situatie.

Brazilia- productia instalatiilor industriale pentru etanolul de fermenatie au o capacitate totala de peste 6,7 x106 litri/zi, dar produc numai 3,4 x106 litri/zi. Materiile prime pentru producerea etanolului de fermentatie sunt melasa si sucul de trestie de zahar; maniocul si radacinile au fost si ele testate. Prin urmare, etanolul provine din fabricile de zahar su distilerii. Industria zaharului a jucat traditional un rol major in dezvoltarea economica si sociala a Brazilei.

In 1975 2 factori au incurajat Brazilia sa stabileasca un program national numit “PRO-ALCOOL” pentru productia alcoolului de fermentatie:

1. fluctuatiile si declineul subit in preturile internationale ale zaharului

2. cresterea pretului la titei

Infiintarea de noi complexe industriale care necesita investitii mari si coordonarea apropiata intre planifivarea agricola si industriala, este poate, provocarea majora cu care se confrunta programul proalcool. Industria de masini din Brazilia a cheltuit deja $(30-40) x 10 6 litri/zi din costurile de dezvoltare pentru “motorul alcoolului”.

29

India – productia de etanol din materiile prime agricole – in special melasa- din India are o traditie lunga. Prezenta” revolutie verde “ este in favoarea infiintarii mai multor plantatii de trestie de zahar.Pana nu de mult, India a fost singura tara care folosea etanolul ca materie prima pentru producerea chimicalelor care derivau din etilena, dar Brazilia deja abordeaza acum aceasta problema.Capacitatea totala din aproximativ 80 de instalatii industriale de etanol este peste 3 x 106 litri/zi. Din pacate, majoritatea acestor instalatii functioneaza la mai putin din capacitate si numai pentru 5 pana la 6 luni pe an, astfel incat productia reala este de cca. 1, 2x 106 l/zi.

SUA- din cauza terenurilor vaste de porumb, SUA foloseste porumbul ca materie prima la producerea etanolului de fermentatie. Unele firme folosesc porumbul pentru a produce atat etanol cat si sirop de porumb cu nivel ridicat de fructoza. Majoritatea producatorilor de etanol de fermentatie sunt situati in statele cu terenuri de porumb-Iowa, Illinois si Indiana.

Melasa din trestia de zahar este folosita ca materie prima pentru producerea etanolului, in special in Statele sudice si zonele de coasta. Cateva firme de producere a hartiei folosesc si ele solutioa sulfitica reziduala ca materie prima.

Reducerile de taxe oferite de guvernul SUA ca un stimulentpentru folosirea gasohol, a dus la crearea a peste 70 proiecte de etanol de fermentatie cu capacitate totala estimate de 13 x 106 l/zi. Numarul proiectelor sprijinite de catre guvern a fost redus la aproape 45 din cauza taierii costurilor bugetare.

Capacitatea totala de productie a etanolului de fermentatie din SUA este de 9,5 x 106l/zi si productia anuala este de aproximativ 2 x 109 l/zi

30