کتریایی: باکتری از حیوانات و گیاهان مرده تغذیه می کند. زمانیکه گیاهان و حیوانات فاسد میگردند. آنها یک گاز بیرنگ و بی بو به نام متان تولید می کنند. گاز متان از انرژی غنی است و از اجزا تشکیل دهنده گاز طبیعی است که میتوانیم برای تولید گرما و یا برق بسوزانیم.
2-2-3تخمیر: ما میتوانیم خمیر ترش (یک باکتری) برای تولید یک الکل به نام اتانول به بیومس اضافه کنیم. برای قرنها مردم غلات را برای نوشیدنی های الکلی مانند شراب و آبجو تخمیر می کردند. اتانول گاهی اوقات برای تولید سوخت موتور استفاده می شود.
بیواتانول ممکن است بوسیله تخمیر مستقیم از قندها و یا ازکربوهیدرات های دیگر که می توانند به قند تبدیل شوند همچون نشاسته و سلولز تولید شود. قندها از منابع مختلف بدست می آیند. مواد خام مورد استفاده به سه دسته از مواد خام کشاورزی تقسیم می شوند.
– قندهای ساده از نیشکر، چقندر قند و میوه ها
– نشاسته از حبوبات، سیب زمینی و محصولات ریشه دار
– سلولز از چوب، پسماندهای کشاورزی، فاضلاب های جامد شهری، هالوفیتها(شور پسند)، جلبکها، کاغذ باطله و پسماندهای محصولی
2-3روشهای هیدرولیز پسماندهای سلولزی:
به طور کلی سه روش برای هیدرولیز سلولز و تبدیل آن به بیواتانول در صنعت یافت می شود که عبارتند از: هیدرولیز اسیدی، هیدرولیز آنزیمی و فرآیند های ترموشیمیایی که در فصل سه توضیح کامل داده خواهد شد.
2-4مواد اولیه مورد استفاده در تولید بیواتانول:
2-4-1مواد اولیه قندی: تخمیر در برگیرنده میکروارگانیسم هایی است که از قندهای قابل تخمیر برای غذا در فرایند تولید اتانول ودیگر محصولات جانبی استفاده می کند. این میکرو ارگانیسم ها می توانند نوعأ از قندهای شش کربنی استفاده نمایند که رایج ترین آنها گلوکز است. بنابراین مواد زیست توده شامل سطوح بالایی از گلوکز ساده ترین مواد جهت تبدیل به اتانول می باشد. بیو مس های قندی مستقیمأ قابل تخمیر و تبدیل به اتانول می باشند و نیاز به پیش فرآوری خاصی ندارند. معمولاً در دسترس و ارزان ترین این پسماندها ملاس چغندر قند است که محصول جانبی کارخانجات تولید قند و شکر است و40 تا50 درصد قند قابل تخمیر دارد. ماده بعدی نیشکر می باشد. به هر حال، از آنجایی که مواد قندی در زنجیره غذایی انسان موجود است، این مواد جهت استفاده در تولید اتانول بسیار گران قیمت است.
نیشکر در کشورهای گرمسیری و نیمه گرمسیری کشت شده در حالیکه چغندر قند فقط عمدتاً در کشورهای با آب و هوای معتدل کشت می شود. برزیل بزرگترین تولید کننده نیشکر با حدود 27 درصد تولید جهانی و عملکرد 18میلیون گرم ماده خشک در هکتار می باشد در حالیکه بالاترین عملکرد در پرو رخ می دهد،که بیشتر از 32میلیون گرم ماده خشک نیشکر در هکتار تولید می کند. محصولات زراعی چقندر در بیشترکشورها کشت شده و نسبت به گندم بازدهی بیواتانول در هکتار بیشتری دارد. دیگر مزایای چقندر قند دوره کم تولید محصول، بازدهی بالاتر، مقاومت بالا به محدوده وسیعی از تغییرات آب و هوایی، نیاز آب کمتر و نیازهای کودی کمتر می باشد. در مقایسه با چقندر قند 35-40 درصد کمتر به آب و کود نیاز دارد. سورگوم شیرین یکی از امید بخش ترین مواد برای تولید بیواتانول در کشورهای در حال توسعه می باشد. از نظر تئوری، 100گرم کلوکز، در حدود 4/51 گرم اتانول و 8/48 گرم دی اکسید کربن تولید می کند. به هر حال، در عمل این میکروارگانیسم ها از برخی از گلوکزها برای رشد بهره جسته و بازده واقعی آنها کمتر از 100% می باشد.
2-4-2مواد اولیه نشاسته ای
دیگر ماده بالقوه در تولید اتانول نشاسته می باشد(یوسین ودیگران2007). مولکولهای نشاسته متشکل از زنجیره های طولانی مولکولهای گلوکز می باشد. بنابراین مواد نشاسته ای می توانند پس از شکستن مولکول های نشاسته به مولکولهای ساده گلوکز، تخمیر شوند. نمونه هایی از مواد نشاسته ای که در سراسر جهان برای تولید اتانول استفاده می شوند. شامل گیاهان گندمی، سیب زمینی، سیب زمینی شیرین و نشاسته کاساو می باشد. هر 3/25 کیلوگرم ذرت می توانند بین4/9-9/10 لیتر اتانول خالص بسته به تکنولوژیی است که مورد استفاده قرار می گیرد، تولید نماید. مواد نشاسته ای نیازمند واکنش نشاسته ای با آب هستند تا بتوانند نشاسته را به قند قابل تخمیر بشکنند(قند سازی )عملأ هیدرولیز به وسیله ترکیب کردن نشاسته با آب انجام می شود تا دوغابی شکل گیرد(فرایند ژلاتینی کردن ) و پس از تکان دادن و گرم کردن آن بتوان دیواره های سلولی را قطع کرد. آنزیمهای خاصی که بتوانند ترکیبهای شیمیایی را بشکنند در مقاطع زمانی مختلفی در طول مدت سیکل گرمایشی بدان افزوده می شوند. این نوع زیست توده پر استفاده ترین ماده برای تولید بیواتانول در امریکای جنوبی و اروپا است. گندم و ذرت عمدتاً با چنین اهدافی بکار گرفته می شوند. آمریکا دارای صنعت بزرگ بیواتانول بر پایه ذرت با ظرفیت بیشتراز 15 بیلیون لیتر در سال است، ذرت که در حال حاضر برای ساختن حدودأ 90% کل بیواتانول امریکا استفاده می شود. انتظار است تا زیست توده برتر باقی بماند اگر چه احتمالاً کم کم تا 2016 کاهش میابد.
صنعت بیواتانول بر پایه نشاسته به لحاظ تجاری بمدت سی سال زنده مانده است. در طی این زمان بهبود های چشمگیری در کارایی آنزیم، کاهش هزینه ها و زمان فراوری و افزایش عملکرد های بیواتانول صورت گرفت. دو دلیل عمده برای افزایش هزینه وجود دارد. یکی آن است که هر چقدر مخمر ساکارومایسیس نتواند از مواد نشاسته ای بهره ببرد مقادیر زیادی از آنزیمهای آمیلولایتیک بنام گلوکومیلاز و آلفا- آمیلاز نیاز به اضافه شدن دارد. دیگری آن است که مواد نشاسته ای نیاز به پختن در دمای بالا 453-413 کلوین دارد تا بهره بالای بیواتانول بدست آید.
2-4-3مواداولیه سلولزی (لیگنوسلولز)
همانند مواد قندی، مواد نشاسته ای نیز در زنجیره غذایی انسان قرار دارد در نتیجه گران قیمت می باشد، خوشبختانه گزینه سومی وجود دارد که مواد سلولزی می باشند. این مواد سازنده نسل دوم تولید بیواتانول هستند. نمونه های مواد سلولزی عبارتند از:کاغذ، مقوا، چوب و دیگر مواد گیاهی، لیگنو سلولز نیمی از کل مواد حاصل از فتو سنتز را شامل می شود. و متشکل از سه پلیمر سلولز، همی سلولز و لیگنین است. این پلیمرها پیوندهای فیزیکی و شیمیایی نزدیک و محکمی با هم دارند و همه آنها در طبیعت به وسیله باکتری ها و قارچها تجزیه می شوند. در دیواره سلولزی بافتهای آوندی گیاهان خشک زی، الیاف سلولز در میان ماده زمینه غیر بلورین لیگنین و همی سلولز محصور شده است.
این سه پلیمر با نیروهای غیر کوالان و پیوندهای تقاطعی کوالان بطور محکم به یکدیگر متصل می شوند و ترکیبی به نام لیگنو سلولز را میسازند که بیش از 90 درصد وزن خشک سلول گیاهی را تشکیل می دهند. نسبت وزنی هر یک از پلیمرها بر حسب گونه و سن گیاه و از اندامی به اندام دیر متفاوت است. بطور میانگین ماده لیگنو سلولز دارای 45 درصد سلولز،30 درصد همی سلولز و 25 درصد لیگنین است.
منابع سلولزی به وفور و در سطح وسیعی یافت می شوند. به عنوان مثال جنگلها در حدود 80% درصد از زیست توده جهان را شکل می دهند. بواسطه فراوانی و بیرون بودن از زنجیره غذایی انسان ها مواد سلولزی به طور متناسبی برای تولید اتانول ارزان قیمت می باشند. مواد سلولزی متشکل از مواد چوبی همی سلولز و سلولز می باشند و بنابراین به آنها مواد سلولزی متشکل از بافت های چوبی میگویند. درکل، سوخت های زیستی مانند بیواتانول و بیودیزلاز محصولات کشاورزی بدست می آیند.
چون سوختهای زیستی از گیاهانی به دست می آیند که هنگام رشدشان کربن هوا را جذب می کنند در نتیجه می توانند انتشار دی اکسیدکربن را جبران نموده و تغییرات آب و هوایی ناشی از احتراق(سوختن) سوختهای فسیلی را کاهش دهند. جایگزین سوختهای زیستی نسل اول به جای سوخت های فسیلی ممکن است مشکلات گرم شدن زمین و آلودگی محیط زیست را کاهش دهد. علیرغم تمام مزایای سوختهای زیستی نسل اول، این سوختها معایبی نیز دارند. یکی از آنها نابود کردن ذخایر غذایی از جمله محصولات کشاورزی مانند روغن نخل، سویا و شلغم روغنی است که به عنوان منابع مهم چربی و روغن کاربرد وسیعی دارند. ذرت و نیشکرکه منابع بیواتانول در ایالات متحده آمریکای جنوبی محسوب می شوند به ترتیب برای تولید مواد غذایی و قند به عنوان کالاهای مصرفی به کار رفته اند. با افزایش تقاضا برای این محصولات کشاورزی مطابق با افزایش تولید سوخت های زیستی درسراسر دنیا، این نگرانی وجود دارد که این رویداد باعث بالارفتن بیش از حد قیمت مواد غذایی مذکور شود. درنهایت هزینه های اضافی مربوط به قیمتهای بالای مواد غذایی به عهده مصرف کنندگان خواهند بود و بعدها باعث اعتراض و هرج ومرج می شود. برای مثال، هزاران مکزیکی به خاطر قیمت بالای توردیلا که در اصل با ذرت یکی از منابع غذایی مورد استفاده به عنوان منبع بیواتانول در ایالات متحده تهیه می شود راهپیمایی و اعتراض کردند. چون محصولات کشاورزی ماده اصلی سوخت های زیستی هستند، به محیط کشاورزی وسیعی مطابق با تقاضای بالا نیاز است. جنگل های گرمسیری که سرشار از زیستگاههای مهم و متنوع زیستی هستند به خاطر بعضی گیاهان وجانوران در معرض خطر قربانی شدن هستند. تا محصولات انرژی زیستی مانند سویا که پرورش داده شوند. درنتیجه، مقاومت اکولوژیکی تحت تاثیر قرار گرفته و باعث تشدید آلودگی زیست محیطی می شود. از سوی دیگر، اعتراضات شدیدی از سوی طرفداران محیط زیست به تولید بیش از حد محصولات انرژی زیستی شده است. این طرفداران حفاظت محیط زیست برای تحریم فرآوردهای بدست آمده از این محصولات که به صورت بی وقفه تولیدمی شوند، گرد هم جم