bioresource technology

Oleh:-Ade Sonya(2309100039)-Siska Norma (2309100040)

BIORESOURCE TECHNOLOGY

ABSTRAK

Lignocellulosicbiomass

3 main component

Hemicellulose

Celluloselignin

PRETREATMENTGoal: improve disgestibility of the

lignocellulosic biomass

Main effect

• dissolving hemicellulose

• Alteration lignin structure

• Providing and improved acessibility of the cellulose for hydrolitic enzyme

Faktor yang mempengaruh

i

lignin content Crystalinity of cellulose Particle size Limit the digestibility of hemicellulose and

lignin

INTRODUCTION

Lignocellulosic biomass

(hemi-)cellulose to

-ethanol-methane-hydrogen

research

Perhatikan• Karakteristik• Inhibitory

product

PRETREATMENT SUKSES

Tujuan pembuatan jurnal :

Content jurnal : Komposisi material lignocellulosic Overview proses produksi methane dan ethanol Ringkasan perbedaan metode pretreatment pada

lignocellulosic biomass dan akibat dari perbedaan tersebut pada produksi methane dan ethanol

Conclusion: teknik pretreatment yang disarankan

1. INTRODUCTION

Menemukan karakteristik lignocellulosic biomass, agar metode petreatment yang digunakan tepat dan sesuai

2. COMPOSITION OF LIGNOCELLULOSIC MATERIAL

Linocellulosic biomass

Cellulose

• Terdiri dari sub unit D-glucose berikatan dengan β-1,4 flycosidic

• Serat cellulose berikatan satu sama lain membentuk cellulose fibril (simpul cellulose)

• Cellulose fibril sebagian besar bebas dan berikatan lemah dengan ikatan hidrogen.

hemicellulose

• Kompleks karbohidrat (terdiri dari polimer yang berbeda

beda seperti pentoses, hexoses, dan sugar acid)

lignin

3. METHANE PRODUCTION BY ANAEROBIC DIGESTION

lignocellulostic

methaneproducing

1. Pretreatment2. Anaerobic hydrolysis and

methane production3. Post treatment fraksi

liquid

Hydrolisis lignocellulose

+Konversi methane

One reactor

mokroorganisme

For energy production and recovery

4. ETHANOL PRODUCTION BY FERMENTATION

lognocellulosic

pretreatment

(enzymatic) hydrolisis

fermentation

Product sparation

Post treatment of the liquid fraction

Crystalinity of cellulose Degree of polimerization Penurunan ukuran partikel dan kenaikan luas permukaan

dibandingkan crystalinity mempengaruhi laju hydrolisis Konversi yang lebih lambat dari kristalin cellulose dibanding

amorphous cellulose, akan meningkatkan presentase kristalinitas dari biomassa yang terhidiolisasi

Ukuran pori dan substrat berhubungan dengan ukuran enzim Pemindahan hemicellulose meningkatkan rata2 ukuran pori

substrat Pengeringan lignocellulose dapat menyebabkan rusaknya

struktur pori dan menghasilakn penurunan hidrolisability enzimatis

Cellulose dapat dijebak dalam pori jika internal area lebih besar dibanding external area

Lignin membatasi laju hidrolisis enzimatis karena lignin seperti pelindung

5. FACTOR LIMITING THE HYDROLYSIS

6.1 Process Description And Mode Of Action

6. MECHANICAL PRETREATMENT

Tujuan :mereduksi ukuran praktikel dan crystalinity

• Meningkatkan spesific surface

• Mereduksi derajat polimerisasi

• Pemotongan biomassa

• Meningkatkan total yield hydrolisis sebesar 5-25%

• Menurunkan waktu disgest 23-29% --- meningkatkan laju hidrolisis

Penurunan ukuran partikel dibawah 40mesh berefek kecil pada yield hidrolisa begitu juga laju hidrolisa begitu juga laju hidrolisa biomassa.

6.2 Consequences For Ethanol And Methane Production

6. MECHANICAL PRETREATMENT (cont’d)

milling

yield methane dan ethanol meningkat

Laju hidrolisis meningkat

Cocok apabila

No production inhibitor

High energy requirement --- not economically feasible

7.1 general thermal processes in lignocellulose

7. THERMAL PRETREATMENT

Thermal pretreatment

Lignocellulosic biomass is

heated above 150-180°C

Lignocellulosic biomass

Hemicellulosic solubalize

Stabilitas dipengaruhi suhu, asam, alkaliTerdiri dari Xylan sensitif

suhuglucamanan

Lignin solubalize

7. THERMAL PRETREATMENT (cont’d)

Process thermal hemicelulosa

terhidrolisa

Membentuk asam

Solubilization of lignin

Phenolic compound

Heterocydic cyclic compound

Temperature jangan sampai >250°C pirolisis mulai terjadi (reaksi yang tidak diinginkan)

7.2 Process Description And Mode Of Action 7.2.1 Steam Pretreatment / Steam Explosion (ST/SE)


Tujuan : melarutkan hemicellulose untuk membuat cellulose lebih mudah diakses pada hidrolisis enzimatis dan untuk menghindari pembentukan inhibitor

Proses :

Large vessel steam with high temperature

and pressure

biomass

Biomass didinginkan dengan cepat

Steam pretreatment

hemicellulose

terhidrolisa

Membentuk asam mengkatalis hidrolisis

“Several factor (log P0)”

dihitung untuk menentukan kerumitan (severity) pretreatment


log 𝑅𝑜=log(𝑡 .𝑒((𝑇− 100)/24.75))t= waktu (mnt)T= suhu (C)

Selama pretreatment moisture content dari biomass mempengaruhi waktu yang dibutuhkan untuk

pretreatment

7.2.2 Liquid Hot Water (LHW)Tujuan : untuk menghindari pembentukan inhibitor pH dijaga 4-7 terjadi autocatalyticPerbedaan dengan ST : jumlah produk terlarut lebih tinggi


Meningkatkan hasil hemcellulose dan

lignin

Menggunakan corn stover dibandingkan sistem batch

Penambahan asam

7.3 Consequences For Ethanol And Methane Production 7.3.1 Steam Pretreatment / Steam Explosion

Resiko : -terbentuk senyawa furfural, HMF, senyawa phenolic

-terjadi kondensasi dan endapan lignin terlarut Cara meminimalkan degradasi hemicellulosa : memisahkan

biomassa dari kondensat selama pretreatment dan menjaga pH 5-7 dengan menambah alkali

Efek positif : hemisellulosa yang didapatkan dalam jumlah besar

7.3.2 Liquid Hot Water Keuntungan: produk hemicellulosa dan lignin yang dihasilkan

pada konsentrasi rendah


Kondensasi dan pengendapan senyawa lignin turun

8.1 Process Description And Mode Of Action Tujuan: melarutkan hemicellulosa sehingga cellulosa lebih

mudah diakses Dilakukan pada suhu ambient untuk meningkatkan

anaerobic disgestibility

8.2 consequences for ethanol and methane production Keuntungan: selulosa lebih mudah diakses oleh enzim

8. ACID PRETREATMENT

Acid pretreatment

Dilute acid

Strong acid

resiko

Pembentukan degradasi volatile product

Kehilangan karbon untuk konversi menjadi ethanolKondensasi senyawa lignin terlarut menurunkan disgestibility


9. ALKALINE PRETREATMENT

Alkaline pretreatment

solvation

saphonication

peeling

menyebabkan • Tingginya fraksi monomer

hemicellulose• Hilangnya polisakarida• Bermanfaat untuk konversi

selanjutnya• CO2 yang dihasilkan meningkat

9. ALKALINE PRETREATMENT (cont’d)

Xylan dapat dipindahkan dengan meggunakan

Potasium hidroksida

Temperature dijaga rendah

Aspek penting alkali pretreatment

• Alkali dikonsumsi oleh biomassa• Solubilisasi, redistribusi, dan condensasi lignin• Modifikasi dan crystalline cellulose• Mengubah struktur cellulose menjadi bentuk yang lebih

yepat dan stabil secara temodinamika dibanding cellulose aslinya


9. ALKALINE PRETREATMENT (cont’d)

Alkaline pretreatment

Hemicellulose and part of lignin to solubalize

Kehilangan hemicellulose menjadi degradation product dan solubilized lignin components

Inhibitor effect

disebabkan

Produk terbentuk dari lignin selama alkaline heat

pretreatment



10. OXIDATIVE PRETREATMENT

Oxidative pretreatme

ntOxidizing compound

(seperti hidrogen peroksida menjadi biomasa yang tersuspensi dalam air)

Dalam banyak kasus, penggunaan oxidant tidak selektif dan menyebabkan kehilangan hemicellulose dan cellulose

Resiko terbentuknya inhibitorlignin teroksidasi dan terbentuk senyawa aromatik yang terlarut

Selama oxidative

pretreatment

Banyak gula yang hilang(akibat non-selective oxidation)

Terbentuk soluble lignin compound (menghambat tahap conversi cellulose menjadi ethanol/methane)

11.1 Thermal Pretreatment + Acid Pretreatment

11. COMBINATIONS, AMMONIA, AND CARBON DIOXIDE PRETREATMENT

Menaikkan thermal steam

dengan External acidakibatnya

• Menurunkan optimal temperature pretreatment

• Memberikan enzymatic hidrolysable substrate yang lebih baik

• Lignocellulose direndam dengan SO2 dan H2SO4• Selama steam pretreatment, SO2 dikonversi menjadi

H2SO4• Setelah itu catalytic hidrolyation of hemicellulose

dimulai

11.2 thermal pretreatment + alkaline pretreatment


Menaikkan thermal pretreatment

dengan +external alkali

• pretreatment ini biasanya menaikkan temperature 100-150°C dengan menambah lime sekitar 0,1g Ca(OH)2 substrate

• Lime pretreatment (dengan pemanasan) cukup meningkatkan penguraian dari low-lignin yang mengandung biomass, tapi tidak untuk high-lignin.

• Dampak positif lime adalah murah, aman dan dapat direcycle

11.3 thermal pretreatment + oxidative pretreatment


Wet-oxidation oxidative pretreatment yang menggunakan oxigen sebagai oxidator

product

• phenolic monomer yang selanjutnya didegradasi menjadi carbonxylic acids

• Furfural• HMF

low

11.4 Thermal Pretreatment + Alkaline Oxidative Pretreatment


Latar belakang : Thermal lime pretreatment tidak cukup menghilangkan lignin dari high-lignin biomass untuk meningkatkan penguraian enzymatic

Pretreatment biomass bertujuan untuk menghilangkan kemungkinan produksi penghambat pelarutan senyawa lignin

11.5 Ammonia + carbon dioxide pretreatment


Carbon dioxide pretreatment

Dikonduksi dengan high-pressure carbon dioxide pada suhu >>200°C selama beberapa menit

Exposive steam with high pressure CO2

menyebabkan Liquid acidic

Acid hydrolyses hemicellulose

Increase accessible surface area

Decryslallization cellulose

Soubilization hemicellulose

Solubilization lignin

Formation furfural /HMF

Alteration lignin structure

Mechanical + +

ST/SE + + - + +

LHW (batch) + ND + - - -

LHW (flow trough)

+ ND + +/- - -

Acid + + - + +

Alkaline + - +/- - +

Oxidative + ND +/- - +

Thermal+acid + ND + +/- + +

Thermal+alkaline + ND - +/- - +

Thermal+oxidative + ND - +/- - +

Thermal+alkaline+oxidative

+ ND - +/- - +

Ammonia(AFEX) + + - + - +

CO2 explosion + +

12. OVERVIEW OF EFFECTS OF PRETREATMENTS ON

LIGNOCELLULOSE

13. CONCLUSION AND FINAL DISCUSSION

pretreatment

proses

ekonomi

Factor biodegradibility lignocellulose

Inhibitor detoksifikasi ineffective

Remove product setelah hidrolisis minimal cost proses produksi ethanol

Penggunaan air, energi, dan alkali/acid se-efisien mungkin

Crystallinity of cellulose

Available surface area

Lignin content

ekonomi

13. CONCLUSION AND FINAL DISCUSSION

Efek pretreatment

Biomass composition

Operating condition

Aspek penting

Bio-fuel apa yang ingin diproduksi ??

Perbedaan antara efisiensi konversi ethanol dan methane tidak besar lagi, karena saat ini ada yeast yang bisa mengkonversi gula C5 dan

C6 menjadi ethanol. Kerugian dari produksi ethanol dibanding produksi methane adalah

toleransi yang rendah terhadap senyawa penghambat.

bioresource technology

Technology

ethanol lignocellulosic

sesuai content jurnal

biomass hemicellulose

ade sonya2309100039

sub unit d

mereduksi ukuran praktikel

menurunkan waktu disgest

sugar acid lignin 6