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OPTIMIERUNG VON HEFESTÄMMEN ZUR ETHANOL-PRODUKTION DER 2. GENERATION

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A. Jäger, S. Helmberger, H. Kahr - OPTIMIERUNG VON HEFESTÄMMEN ZUR ETHANOL-PRODUKTION DER 2. GENERATION - Proceedings 11. Symposium Energieinnovation, Graz, Österreich, 2010

Abstract:

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Verbesserung der Ethanolproduktion aus Stroh (Biokraftstoffe der 2. Generation) und hierbei insbesonders mit der Optimierung von Hefestämmen zur Ethanol-Produktion. Während für die erste Generation der Biokraftstoffe nur ein Teil der Pflanze genutzt wird, können für die Bioethanolproduktion der 2. Generation Energiepflanzen, Holz, Pflanzenabfälle, andere Bio-Reststoffe, sowie Stroh genutzt werden. Sie stehen deshalb mit der Nahrungsmittelproduktion in weit geringerer Konkurrenz und zeichnen sich gegenüber den Biokraftstoffen erster Generation durch höhere Treibhausgasreduktionen und bessere Hektarerträge aus. Stroh ist ein Nebenprodukt, das bei der Getreideproduktion jährlich anfällt. Stroh – eine lignocellulosehältige Pflanze – besitzt organisches Material, welches aus einer komplexen Matrix unterschiedlicher Biopolymere z.B. Cellulose, Hemicellulose, Pektine, Glycoproteine und Lignin aufgebaut ist. Bereits in den 80ziger Jahren wurde eine Pilotanlage zur Ethanolproduktion aus Stroh von der Voest Linz errichtet. Leider wurde das Projekt wieder eingestellt. Ergebnisse: Die Ethanolproduktion aus Stroh ist im Labormaßstab bereits sehr gut etabliert. Der Prozess besteht aus mehreren Schritten: Vorbehandlung (Steam Explosion), enzymatische Hydrolyse zur Gewinnung von C5 und C6 Zuckern, Fermentation mit Hefe, Aufreinigung von Bioethanol mittels Membrantechnologie. Durch die enzymatische Hydrolyse werden 2/3 Glukose und 1/3 Xylose aus der Zellulose und Hemizellulose gewonnen. Im Moment verwertet die üblicherweise verwendete Hefe lediglich C6-Zucker (Hexosen, v.a. Glukose), jedoch nicht C5-Zucker (Pentosen, v.a. Xylose). Es wird ein Fermentationsprozess etabliert, in dem beide Arten an Zuckern (C5-, als auch C6-Zucker) durch die Adaptierung von verschiedenen Hefestämmen gleichermaßen (quantitativ) verwertet werden können. Im letzten Jahr konnte der Prozess optimiert und die Ethanolproduktion verdoppelt werden. Leider wird eine weitere Steigerung offensichtlich durch Inhibitoren, wie Polyphenole, Fufural oder HMF verhindert. Durch Adaptation auf Strohhydrolysat soll die Hefe gegen diese Inhibitoren resistenter werden. Weiters kann der bisher verwendete Hefestamm maximal 120-140 g/l Glukose zu ca. 8% Ethanol umwandeln. Mittels Mutagenese und Selektion sollen eine verbesserte Ethanoltoleranz und Glukosetoleranz erreicht werden. Idealerweise wäre die Entwicklung eines Hefestammes mit folgenden Eigenschaften: • Toleranz gegen Inhibitoren (Polyphenole, Fufural, HMF) • Ethanoltoleranz • Zuckertoleranz • Simultane Fermentation von C5 und C6 Zuckern • Thermotoleranz • Stabilität im industriellen Einsatz Ausblick: Die Entwicklung eines optimalen Hefestammes steht im Mittelpunkt unserer Forschung, um die Ethanolproduktion aus Stroh zu verbessern und damit effizienter und kostengünstig Bioethanol zu produzieren. Der Schlusspunkt unserer Forschung wird die Errichtung und Betreibung einer Pilotanlage im Jahr 2011 in Oberösterreich sein.