ENCIMSKA RAZGRADNJA ODPADNEGA MULJA PAPIRNE … · Encimska razgradnja odpadnega mulja papirne industrije III ZAHVALA V času študija in nastajanja tega magistrskega dela sta me

Magistrsko delo

ENCIMSKA RAZGRADNJA ODPADNEGA MULJA PAPIRNE INDUSTRIJE

September, 2015 Matjaž Kitak

Matjaž Kitak

Encimska razgradnja odpadnega mulja papirne industrije

Magistrsko delo

Maribor, 2015


Magistrsko delo študijskega programa II. stopnje

Študent: Matjaž Kitak

Študijski program: magistrski študijski program II. stopnje Kemijska

tehnika

Predvideni strokovni naslov: magister inženir kemijske tehnike

Mentor: doc. dr. Darja Pečar

Komentor: red. prof. dr. Andreja Goršek

Maribor, 2015


I

Kazalo

Kazalo................................................................................................................................... I Izjava .................................................................................................................................. II

Povzetek ............................................................................................................................ IV Abstract .............................................................................................................................. V

Seznam tabel ...................................................................................................................... VI Seznam slik ....................................................................................................................... VII

Uporabljeni simboli ......................................................................................................... VIII 1 Uvod ............................................................................................................................. 1

2 Teoretiĉni del ................................................................................................................ 3 2.1 Kemijska procesna tehnika ..................................................................................... 3

2.2 Šarţni reaktor ......................................................................................................... 4 2.3 Proizvodnja bioetanola ........................................................................................... 7

2.4 Lignocelulozni material.......................................................................................... 8 2.4.1 Odpadni papirni mulj ...................................................................................... 9

2.5 Reakcija hidrolize in alkoholne fermentacije ........................................................ 10 3 Metode dela ................................................................................................................ 12

3.1 Delovanje in specifikacije osrednjega reaktorskega sistema.................................. 12 3.1.1 Uporabljene kemikalije in pripadajoĉa laboratorijska oprema ........................ 16

3.2 Metode dela ......................................................................................................... 17 3.2.1 Predobdelava ................................................................................................ 17

3.2.2 Izraĉun koncentracije glukoze ....................................................................... 18 3.2.3 Izraĉun koliĉine bioetanola ........................................................................... 18

3.2.4 Raĉunalniška simulacija ................................................................................ 18 4 Eksperimentalni del..................................................................................................... 19

4.1 Postopki predobdelave ......................................................................................... 19 4.2 Reakcija hidrolize odpadnega mulja ..................................................................... 22

4.2.1 Merjenje koncentracije glukoze ..................................................................... 23 4.3 Alkoholna fermentacija glukoze v bioetanol ......................................................... 23

5 Rezultati in diskusija ................................................................................................... 24 5.1 Umeritvena krivulja ............................................................................................. 24

5.2 Encimska hidroliza odpadnega mulja ................................................................... 25 5.2.1 Mletje ........................................................................................................... 25

5.2.2 Kislinska predobdelava ................................................................................. 25 5.2.3 Alkalna hidroliza in oksidacija ...................................................................... 28

5.2.4 Primerjava razliĉnih tehnik predobdelave ...................................................... 29 5.3 Fermentacija glukoze v bioetanol ......................................................................... 30

5.4 Blokovna shema procesa ...................................................................................... 32 5.5 Raĉunalniška simulacija ....................................................................................... 33

6 Zakljuĉek .................................................................................................................... 35 7 Literatura .................................................................................................................... 36

8 Priloge ........................................................................................................................ 38 8.1 Bolj razredĉena raztopina (w = 0,1 %): ................................................................. 38

8.2 Manj razredĉena raztopina (w = 0,35 %): ............................................................. 39 9 Ţivljenjepis ................................................................................................................. 40


II

Izjava

Izjavljam, da sem magistrsko delo izdelal sam, prispevki drugih so posebej oznaĉeni.

Pregledal sem literaturo s podroĉja magistrskega dela po naslednjih geslih:

Vir: ScienceDirect (http://www.sciencedirect.com/)

Gesla: Število referenc

glucose IN bioethanol IN aspenplus 18

waste sludge IN pretreatment IN aspenplus 20

bioethanol IN cellulase IN enymatic hydrolysis 2

Vir: Wiley Online Library (http://onlinelibrary.wiley.com.ezproxy.lib.ukm.si/)


waste sludge IN bioethanol IN enzyme 245

paper mill IN enzymatic hydrolysis IN celullase 3

glucose IN bioethanol IN pretreatment IN waste sludge 163

Vir: COBISS/OPAC (http://www.cobiss.si/scripts/cobiss?ukaz=getid, COBIB.SI)


odpadni mulj 50

bioetanol IN encimska hidroliza 2

Skupno število pregledanih člankov: 34

Skupno število pregledanih knjig: 7

Maribor, september 2015 Matjaž Kitak


III

ZAHVALA

V času študija in nastajanja tega magistrskega dela

sta me ves čas spremljali, strokovno usmerjali,

svetovali in me spodbujali

mentorica doc. dr. Darja Pečar in

somentorica red. prof. dr. Andreja Goršek,

za kar se jima ISKRENO ZAHVALJUJEM.

Velika zahvala gre moji družini,

predvsem staršema, ki sta me finančno podpirala

in sta verjela vame.

ISKRENA HVALA VSEM!


IV


Povzetek

Primarni cilj magistrskega dela je bila študija moţnosti koristne uporabe odpadnega mulja

obstojeĉe papirnice. Ta material med drugim vsebuje tudi celulozo, za katero je znano, da ob

ustrezni predobdelavi hidrolizira najprej do enostavnih sladkorjev, ti pa v naslednjem koraku

fermentirajo do bioetanola. Hidrolizo celuloze smo izvajali ob prisotnosti specifiĉnega

encima celulaze in iskali optimalne pogoje za njen najuĉinkovitejši potek. Reakcije

alkoholne fermentacije v okviru tega dela nismo izvajali, saj so predhodne raziskave

pokazale, da gre za dokaj enostavno reakcijo s 100-odstotnim izkoristkom.

Za izvajanje reakcije hidrolize smo uporabljali šarţni reaktorski sistem EasyMax 102. Sistem

je bil izbran zaradi njegove enostavne uporabe, avtomatizacije, natanĉnosti in majhnih

reaktorskih volumnov. Vse te lastnosti sistema smo ob eksperimentalnem delu dodatno potrdili.

Pri encimski hidrolizi smo zaradi majhnega izkoristka reakcije odpadni mulj predhodno

obdelali z razliĉnimi tehnikami predobdelave. Uporabili smo mletje, kislinsko predobdelavo

z orto – fosforjevo kislino, alkalno hidrolizo z NaOH in oksidacijo s H2O2. S temi tehnikami

smo spreminjali kristaliniĉno strukturo celuloze na veĉ amorfnih podroĉjih.

Z eksperimentalnim delom smo doloĉili in potrdili optimalne reakcijske pogoje encimske

hidrolize odpadnega mulja (volumen encima, pH raztopine, ĉas reakcije in vrsto topila). Kot

optimalno tehniko predobdelave smo izbrali kislinsko predobdelavo z orto – fosforjevo

kislino. Pri tej je teoretiĉno izraĉunana dnevna koliĉina bioetanola znašala za bolj razredĉeno

raztopino ( = 1 g/L) 316 kg in za manj razredĉeno raztopino ( = 3,5 g/L) 151 kg.

Ključne besede: odpadni mulj, encimska hidroliza, bioetanol, predobdelava

UDK: 676.038.2(043.2)


V

Enzymatic digestion of paper industry waste sludge

Abstract

The primary goal of the master's work was the study of possible re-use of waste sludge from

the paper mill. This material also includes cellulose, for which it is known than if properly

treated it can hydrolyze into simple sugars, which in the next step ferment to bioethanol. We

performed the hydrolysis of cellulose with a specific enzyme celullase and searched for

optimal reaction conditions. Alcohol fermentation was not carried out, since previous research shows it is a fairly simple reaction with 100 % efficiency.

For implementation of hydrolysis reaction we have used batch reactor system EasyMax 102.

It was selected because of its ease of use, automation, precision and small reactor volume.

All these preferences of the system were confirmed during experiments and were used

accordingly.

Due to small yield of reaction, the waste sludge was pretreated with different preatretment

technics. We used grinding of the material, pretreatment with ortho – phosphoric acid,

alkaline hydrolysis with NaOH and oxidation with H2O2. With these technics we changed the crystalline structure of cellulose to different amorfic areas.

With this experimental work we have determined and confirmed optimal reaction conditions

of enzyme hydrolysis of cellulose from the waste sludge (volume of enzyme, pH of the

solution, reaction time and solvent type). As optimal pretreatment technic we chose

pretreatment with ortho – phosphoric acid. The theoretical calculated daily value of

bioethanol was 316 kg for the case of more diluted solution ( = 1 g/L) and 151 kg for the

case of less diluted solution ( = 3,5 g/L).

Key words: waste sludge, enzyme hydrolysis, bioethanol, pretretmant

UDK: 676.038.2(043.2)


VI

Seznam tabel

Tabela 2-1: Fizikalne in kemijske lastnosti etanola.20-22

........................................................ 7

Tabela 2-2: Fizikalna ali kemijska lastnost odpadnega mulja.4,26

.......................................... 9

Tabela 4-1: Mase standardnih raztopin. .............................................................................. 23

Tabela 5-1: Vpliv vrste topila na presnovo reakcije hidrolize.............................................. 25

Tabela 5-2: Vpliv spremembe pH na presnovo reakcije hidrolize. ...................................... 26

Tabela 5-3: Vpliv spremembe reakcijskega ĉasa na presnovo reakcije hidrolize. ................ 27

Tabela 5-4: Vpliv volumna encima na presnovo reakcije hidrolize. .................................... 27

Tabela 5-5: Vpliv predobdelave mulja z alkalno hidrolizo in oksidacijo na presnovo. ......... 28

Tabela 5-6:Vpliv koliĉine encima in pufra na presnovo reakcije hidrolize. ......................... 30

Tabela 5-7: Masni pretoki komponent napajalne zmesi s kislinsko predobdelavo. .............. 31

Tabela 5-8: Masni pretoki komponent napajalne zmesi po razliĉnih metodah predobdelav. 31

Tabela 5-9: Procesni tokovi in procesne enote za separacijski del procesa .......................... 33

Tabela 5-10: Masni pretoki komponent. ............................................................................. 34


VII

Seznam slik

Slika 2-1: Shema kemijskega postopka. ................................................................................ 3

Slika 2-2: Šarţni (»batch«) reaktorski sistem. ....................................................................... 4

Slika 2-3: Koncentracijski profil v šarţnem reaktorju (splošni primer). ................................ 6

Slika 2-4: Blokovna shema proizvodnje bioetanola. ............................................................. 7

Slika 2-5: Sestava lignoceluloze.22

....................................................................................... 8

Slika 2-6: Splošna formula celuloze. .................................................................................... 8

Slika 2-7: Mikroskopska poveĉava odpadnega mulja: a) 100x in b) 500x.4 ......................... 10

Slika 2-8: Proces proizvodnje etanola iz glukoze.29

............................................................ 11

Slika 3-1: Reaktorski sistem EasyMax 102. ........................................................................ 12

Slika 3-2: Tloris laboratorijskega reaktorja. ........................................................................ 13

Slika 3-3: Notranjost vloţišĉa. ............................................................................................ 14

Slika 3-4: Stekleni reaktor: a) sestavni deli reaktorja in b) sestavljen reaktor. ..................... 14

Slika 3-5: Shema predobdelave odpadnega mulja.25

........................................................... 17

Slika 4-1: Zmleti odpadni mulj. .......................................................................................... 19

Slika 4-2: Homogena mešanica odpadnega mulja obdelana z orto – fosforjevo kislino. ...... 20

Slika 4-3: Organski in anorganski del po centrifugiranju. ................................................... 20

Slika 4-4: Organski del mulja z 20 % vsebnosti neĉistoĉ. ................................................... 21

Slika 4-5: Vhodni material po konĉani predobdelavi z natrijevim hidroksidom. .................. 21

Slika 4-6: Zmes po predobdelavi z vodikovim peroksidom. ................................................ 22

Slika 4-7: VIS spektrofotometer. ........................................................................................ 23

Slika 5-1: Umeritvena krivulja za doloĉanje koncentracije glukoze. ................................... 24

Slika 5-2: Vpliv spremembe pH na stopnjo presnove hidrolize glukoze. ............................. 26

Slika 5-3: Presnove reakcije hidrolize celuloze z razliĉnimi predobdelavami. ..................... 29

Slika 5-4: Blokovna shema procesa s kislinsko predobdelavo. ............................................ 32

Slika 5-5: Shema frakcionirne destilacije. ........................................................................... 33


VIII

Uporabljeni simboli

A absorbanca 1

c koncentracija mol/L

cA koncentracija snovi na koncu mol/L

cA0 koncentracija snovi na zaĉetku mol/L

cg koncentracija glukoze mol/L

crazt mnoţinska koncentracija mol/L

fm frekvenca mešala min-1

mg masa glukoze g

mmulja masa mulja g

n mnoţina mol

nA mnoţina snovi na koncu mol

nA0 mnoţina snovi na zaĉetku mol

t ĉas h

V volumen L

Vencima volumen encima µL

w masni deleţ raztopine %

worg.del masni deleţ organske faze %

wbioetanola masni deleţ bioetanola %

Grški simboli

masna koncentracija g/L

λ valovna dolţina nm

ν hitrost centrifugiranja min-1

ϑ temperatura °C


IX

Kratice

ADP adenozid difosfat ATP adenozin trifosfat CEPI Confederation of European paper industries D- D-konfiguracija E85 mešanica 85 % etanola in 15 % bencina EtOH etanol FPU filter paper unit

LED light – emitting diode NAD

+ nikotinamid adenin dinukleotid NADH nikotinamid adenin dinukleotid hidogen n. š. našega štetja Pi piruvat SHF separate hydrolysis and fermentation

SSF simultaneous saccharification and fermentation

TOC total organic carbon

VIS vidno obmoĉje spektrofotometrije


1

1 Uvod

Kljub razvoju modernih tehnologij bi si v današnjem ĉasu teţko predstavljali ţivljenje brez

uporabe papirja, bodisi ĉasopisnega, pisemskega, pisalnega, servietnega … Tako lahko z

gotovostjo trdimo, da je iznajdba papirja ena izmed najpomembnejših svetovnih odkritij, saj

spremlja in vpliva na razvoj ĉloveštva skozi celotno zgodovino.

Prva izdelava papirja sega v leto 105 n. š. in je pripisana kitajskemu ministru Zaj Lunu. V

Evropo se je umetnost izdelovanja papirja prenesla preko Perzije in Sredozemlja v 12.

stoletju. V 19. stoletju pa so se razvili mehanski in kemiĉni postopki ter stroji za izdelavo

celuloznih vlaknin iz lesa in enoletnih rastlin, ki so sedaj osnova za izdelovanje papirja.1

Na letni ravni se proizvede pribliţno 403 milijone ton papirja in papirne kaše. Stopnja

recikliranja le-tega se giblje nekje med 65 % in 72 %. Med najveĉje proizvajalce spadajo

Evropa, Azija ter severna Amerika. Strokovnjaki zdruţenja »Confederation of European

paper industries« (CEPI) napovedujejo še izdatno poveĉanje proizvodnje do leta 2020.

Stopnja recikliranja naj bi ostala konstantna. In ravno pri sami proizvodnji papirja in ponovni

uporabi oz. recikliranju le-tega je glavni stranski produkt odpadni mulj.2,3

Odpani mulj iz tovarn papirja je kemijsko in fizikalno gledano nenavaren odpadek, ki

predstavlja veliko okoljsko obremenitev, saj je sestavljen iz organskih snovi, ki izdatno

onesnaţujejo naše okolje (ogljikov dioksid in metan). Zato je v Sloveniji problematika glede

skladišĉenja in uporabe odpadnega mulja iz tovarn papirja precej aktualna.

Najunĉinkovitejša tehnika ravnanja s tem odpadkom je sušenje surovine ter njena uporaba

kot material na lastnih seţigalnih kotlih in napravah. Moţna je tudi njegova predelava do

konĉnega produkta etanola oz. bioetanola.4

Bistvo vsakega kemijskega oz. industrijskega procesa je minimizirati stroške proizvodnje ter

po moţnosti predelati in koristno uporabiti stranske produkte procesa v takšne s trţno

vrednostjo. Zato smo v okviru magistrskega dela izvedli reakcije za razgradnjo odpadnega

mulja do konĉnega produkta, primernega za uporabo na trgu. Uporabljali smo predhodno

obdelan odpadni mulj, ki nastaja pri proizvodnji papirja obstojeĉe slovenske tovarne papirja.

Ta je sestavljen iz celuloznih vlaken in anorganskega dela. Celulozna vlakna smo s pomoĉjo

encimov razgraditi do enostavnih sladkorjev – glukoze. Naslednje stopnje razgradnje, to je

fermentacije glukoze do konĉnega produkta bioetanola, eksperimentalno nismo izvajali, saj

je reakcija enostavna in poteĉe do 100 % presnove. Naš namen v konĉni fazi raziskav je bil

teoretiĉno oceniti koliĉino ĉistega in trţno vrednega produkta bioetanola. Ta je v zadnjem

ĉasu še posebej pridobil na svoji vrednosti, veljavi ter uporabnosti kot gorivo, saj sluţi kot

nadomestek za okolju škodljiva fosilna goriva. Njegova svetovna proizvodnja iz obnovljivih

virov v letu 2014 je znašala 93 milijonov litrov.4,5,6

Z izvajanjem laboratorijskih eksperimentov smo hoteli potrditi in preveriti do sedaj ţe

opravljene raziskave na podroĉju uporabe razliĉnih postopkov predobdelave in same reakcije

hidrolize celuloze iz odpadnega mulja do enostavnih sladkorjev. V nadaljevanju navajamo

nekaj najpomembnejših rezultatov razliĉnih avtorjev.7 – 11


2

Cabrera in soavtorji7 so v svoji raziskavi prouĉevali vpliv postopka predobdelave z

natrijevim hidroksidom in vodikovim peroksidom na uĉinkovitost hidrolize pri razliĉnih

pogojih. Spreminjali so koncentracijo preobdelane mešanice in ĉas predobdelave. Encimsko

hidrolizo predobdelanih kmetijskih ostankov (biomase) so izvedli do enostavnih sladkorjev.

Pri tem so prišli do zakljuĉka, da je bila v primeru vodikovega peroksida (w = 4 %) po 24

urah v predobdelavi doseţena 77,5-odstotna presnova. V primeru natrijevega hidroksida (w

= 1 %) pa je bila po 48 urah v predobdelavi doseţena 92,6-odstotna presnova.

Li Zhang X. in soavtorji8 so optimirali kislinsko hidrolizo mikrokristaliniĉne in surove

celuloze s pomoĉjo katalizatorja FeCl3. Ugotovili so, da omenjeni katalizator uĉinkuje na

amorfna podroĉja in jih spodbudi k hidrolizi. Pri izvajanju reakcij so spreminjali reakcijski

ĉas, temperaturo in koncentracijo katalizatorja ter reakcijske mešanice. Najvišjo presnovo

(63,59 %) so dobili po 64,02 min pri temperaturi 88,28 °C in koncentraciji FeCl3 , c = 0,4

mol/L.

Pheng in Chen9 sta pri pretvorbi odpadnega mulja do etanola uporabljala SHF proces

(separacija, hidroliza in fermentacija) z encimom celulaze. Raziskava je temeljila na

optimiranju ĉasa hidrolize, koncentraciji substrata in encima. Optimalni ĉas hidrolize je bil

82,7 ur pri koncentraciji substrata, =40,8 g/L in aktivnosti encima 18,1 FPU/g substrata. Pri

34,2-odstotni presnovi celuloze sta iz 1 kg suhega odpadnega mulja dobila 190 g etanola.

Prav tako so Yamashita, Sasaki in Nakamura 10

izvajali SSF proces odpadnega mulja in kot

rezultat podali ĉistoto etanola. Za postopek predobdelave so uporabili mletje in postopek s

fosforno kislino. Ugotovili so, da v primeru soĉasne predobdelave mulja z mletjem in

fosforno kislino nastane konĉni produkt – etanol ĉistote 81,5 %. Doloĉili so tudi ĉistoto

etanola ob uporabi neobdelanega odpadnega mulja. V tem primeru je bila ĉistota 54,3 %.

Vpliv alkalne predobdelave pri nizki temperaturi z natrijevim hidroksidom v kombinaciji z

ureo so prouĉevali Zhao in soavtorji 11

. Rezultat raziskovanja je bil, da predobdelava pod

temperaturo ledišĉa (−15 °C) in izbranih masnih deleţih natrijevega hidroksida in uree daje

visoko stopnjo presnove celuloze do glukoze (nad 70 %). Ob uporabi istih masnih deleţev

topila, vendar višji temperaturi predobdelave (23 in 60 °C) je bila stopnja presnove niţja (20

in 24 %).

Namen magistrskega dela v konĉni fazi je bila študija moţnosti naĉrtovanja ekonomsko

uĉinkovitega biokemijskega procesa 12

, pri katerem je bilo potrebno doloĉiti sintezne poti in

kljuĉne procesne parametre. Kot optimizacijski kriterij smo izbrali iztoĉno koncentracijo

bioetanola. Predpostavili smo, da bodo na potek reakcije hidrolize vplivali temperatura,

hitrost mešanja reakcijske zmesi in koncentracija biološkega katalizatorja (celulaze). Glede

na izbrane reakcijske poti in optimalne procesne pogoje smo razvili procesno shemo za

predlagan postopek ter ocenili koliĉino bioetanola kot moţnega trţnega produkta.


3

2 Teoretični del

Osnova za dobro in kvalitetno izvajanje kemijskih eksperimentov je poznavanje ter

razumevanje njihove teorije. Zato v tem poglavju predstavljamo najpomembnejše teoretiĉne

osnove naših raziskav.

2.1 Kemijska procesna tehnika

Osnovna naloga kemijske procesne tehnike je pretvorba izhodnih surovin (reaktantov) do

konĉnih reakcijskih produktov pri optimalnih reakcijskih pogojih. Pri tem študiramo razliĉne

predobdelavne procese, sintezne poti ter na koncu separacijo ţeljenega materiala. Ravno zato

je kemijska procesna tehnika širok znanstveni model, ki ga lahko razdelimo v naslednje

sklope :13

kemijska sinteza,

kemijska procesna tehnika,

strojna in aparaturna tehnika,

tehnika meritev, vodenja in regulacije.

Postopke kemijske sinteze lahko z drugo besedo imenujemo tudi kemijska tehnologija. To so

procesi, ki zdruţujejo na eni strani kemijske spremembe in na drugi sam potek ter

mehanizem kemijskih reakcij. Da lahko proces poteĉe, je potrebno prouĉiti proizvodno

tehniĉne korake. Med te operacije spadajo mletje, gretje, hlajenje, loĉevanje in še mnogi

drugi. Zanje je znaĉilno, da pri teh operacijah ne potekajo kemijske spremembe, ampak

prihaja do koncentracijskih, temperaturnih, agregatnih, velikostnih … sprememb. S tem

podroĉjem se ukvarja kemijska procesna tehnika.

Zadnja dva sklopa (strojna in aparturna tehnika ter tehnika meritev, vodenja in regulacije) sta

medsebojno povezana in najpomembnejša za izvedbo kemijske reakcije. Na sliki 2–1 je

prikazana enostavna shema kemijskega postopka, na kateri so oznaĉeni najpomembnejši

zgoraj opisani sklopi kemijske procesne tehnike.13

Slika 2-1: Shema kemijskega postopka.

KEMIJSKI REAKTOR LOČEVANJE

MLETJE

GRETJE

SUROVINA

SUROVINA

SUROVI

PRODUKT

KONČNI

PRODUKT

KONČNI

PRODUKT


4

2.2 Šaržni reaktor

Pri laboratorijskem delu smo uporabljali šarţni oz. diskontinuirni reaktorski sistem. Šarţni

(»batch«) reaktor je zelo enostaven in uporaben sistem za izvajanje kemijskih reakcij v

laboratorijskem in industrijskem merilu. S preprostimi besedami je to zaprti ali odprti sistem,

v katerega vnesemo reaktante, zapremo in izpostavimo reakcijskim pogojem. Po doloĉenem

ĉasu, ko je reakcija konĉana, se iz posode odstrani reakcijska mešanica skupaj s produkti.

Šarţni reaktor ima obliko cilindriĉne posode z zaobljenimi robovi na dnu, ter pokrovom ali

brez njega na vrhu. Nad sistemom je namešĉeno mešalo razliĉnih oblik (veslasto, sidrasto,

turbinsko, lopatasto …). Pogon mešala je v laboratorijskem merilu preko elektro motorja z

magnetom, v industrijskem merilu ima svoj pogon preko klasiĉnega elektromotorja. V

primeru, da med mešanjem tekoĉine prihaja do trombe, je potrebno na stene reaktorja

namestiti pregrade, ki to prepreĉujejo. Pri uporabi mešal je potrebno upoštevati razmerje

med premerom posode in premerom mešala (3 : 1). Na sliki 2–2 je mešalni del reaktorja

oznaĉen z modro barvo.14,15

Gretje ali hlajenje reakcijske mešanice v notranjosti reaktorja se izvaja preko reaktorjevega

plašĉa, po katerem kroţi medij (olje ali voda). Reaktorjeva površina je lahko v celoti obdana

s plašĉem, ali pa je obdan s cevjo v obliki spirale, po kateri se pretaka hladilni ali grelni

medij. Ta del je na sliki 2–2 oznaĉen z rdeĉo barvo. Kontrola temperature zmesi se izvaja

preko termometra, ki je vstavljen na vrhu sistema in sega v sredino reaktorja.15-17

Šarţni reaktor omogoĉa izvajanje reakcij pri povišanem tlaku, v tem primeru se imenuje

avtoklav. Bistvenega pomena je, da pri višjem tlaku uporabljamo magnetno mešalo namesto

mehanskega.16

Slika 2-2: Šarţni (»batch«) reaktorski sistem.

REAKTORSKA POSODA

PLAŠČ REAKTORJA

MEŠALO


5

Iz zgoraj predstavljenega je razvidno, da gre za enostaven kemijski reaktor, ki kljub temu

daje zelo zadovoljive rezultate. Njegova najveĉja prednost je v enostavni uporabi, primeren

je za poskusne izdelave barvil ali zdravil. Reakcije v njem lahko potekajo tako v trdni kot

tekoĉi fazi ali pa v kombinaciji teh dveh. Proizvodne koliĉine znašajo od 100 kg do veĉ

1 000 kg. Primeren je za proizvodnjo veĉ razliĉnih koliĉin snovi, ki imajo doloĉeno

specifikacijo, ter reakcij fermentacije. Zraven prednosti se pojavljajo tudi slabosti šarţnega

reaktorja. Ena izmed veĉjih slabosti so visoki obratovalni stroški, saj je pri vsakem izvajanju

novega eksperimenta reaktorski sistem potrebno ponovno segrevati ali ohlajati. Prav tako se

med samim praznjenjem posode pojavi tako imenovani »mrtvi ĉas«, ko med

odstranjevanjem konĉnega produkta iz sistema reaktor ne more obratovati. V veĉini

primerov je iz dobljene zmesi potrebno konĉni produkt separirati.13,15

Snovno bilanco produkta za šarţni reaktor predstavlja enaĉba 2.1, in sicer:14

VTOK N ST J NJE IZTOK KUMUL CIJ 2.1

Spremembo reaktantov v produkt oz. presnovo reakcije pri konstantnem volumnu zapišemo splošno z enaĉbo 2.2:

18

2.2

kjer je:

XA – stopnja presnove [%],

nA0 – mnoţina snovi na zaĉetku reakcije [mol],

nA – mnoţina snovi na koncu reakcije [mol].

Osnovno zvezo za izraĉun mnoţine snovi predstavlja enaĉba 2.3:18

2.3

kjer je:

n – mnoţina snovi [mol],

c – koncentracija snovi [mol/L],

V – volumen [L].

Ob upoštevanju enaĉbe za izraĉun mnoţine snovi (enaĉba 2.3) in konstantnega

volumnadobimo konĉno obliko enaĉbe za presnovo reakcije 2.4:18

2.4

kjer je:

cA – koncentracija snovi na koncu reakcije [mol/L],

cA0 – koncentracija snovi na zaĉetku reakcije [mol/L].


6

Spremljanje koncentracijskega profila v šarţnem reaktorju lahko grafiĉno prikaţemo z

grafom c f(t) (slika 2–3). Modra krivulja predstavlja koncentracijo produkta. Ta je ob

zaĉetku reakcije niĉ, nato se viša in doseţe neko konĉno vrednost.

Rdeĉa krivulja predstavlja koncentracijo reaktanta. Ta ima nasprotni potek. Na zaĉetku ima

doloĉeno vrednost , med potekom reakcije se spreminja – zniţuje, dokler se ne porabi oz. ga

nekaj ostane nezreagiranega.

Slika 2-3: Koncentracijski profil v šarţnem reaktorju (splošni primer).

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

c[m

ol/L

]

t [min]

Koncentracija produkt Koncentracija reaktant


7

2.3 Proizvodnja bioetanola

Proizvodnja etanola je kompleksni proces, pri katerem lahko dobimo sintetiĉni etanol ali

bioetanol. Slednjega pridobivamo iz biomasnih materialov, ki vsebujejo razliĉne sladkorje, škrob in celulozo (koruza, sladkorni trs, les, pšenica …).

18

Bioetanol se v današnjem ĉasu vse veĉ uporablja kot gorivo pri pogonskih sredstvih ali

pomoţno gorivo predvsem iz razloga manjšega onesnaţevanja okolja, ter veĉje energetske

varnosti. Biogoriva se proizvajajo v dveh generacijah. Prva generacija – konvencionalna

biogoriva, se proizvajajo iz sladkorja ali škroba. Druga generacija – napredna biogoriva, se

proizvajajo iz biomase (lignoceluloze). V svetu je kot gorivo poznano E85, ki pomeni

mešanico 85 % etanola in 15 % bencina. Ta mešanica ima manjše oktansko število kot

obiĉajni bencin, kar se odraţa v manjšem izkoristku pri izgorevanju motorja. Fizikalne in

kemijske lastnosti etanola oz. bioetanola so prikazane v tabeli 2.1:20−22

Tabela 2-1: Fizikalne in kemijske lastnosti etanola.20−22

Pretvorba biomase v bioetanol poteka v dveh zaporednih reakcijskih stopnjah. Prva stopnja

je pretvorba biomase v enostavne sladkorje – glukozo, ob prisotnosti encima celulaze. Druga

stopnja je fermentacija enostavnih sladkorjev – glukoze do konĉnega produkta bioetanola, ki

ga je v nadaljevanju potrebno loĉiti iz dobljene reakcijske mešanice. Poenostavljena blokovna shema procesa je na sliki 2–4.

23

Slika 2-4: Blokovna shema proizvodnje bioetanola.

BIOMASA GLUKOZABIOETANOL S

PRIMESMIHIDROLIZA FERMENTACIJA BIOETANOL SEPARACIJA

kemijska ali fizikalna lastnost vrednost

drugo ime etilni alkohol

kratica EtOH

molekulska formula C2H5OH

molekulska masa 46,07 g/mol

vrelišče 78 °C

tališče −114 °C

gostota 789 g/L

barva brezbarven

agregatno stanje tekoĉe

topnost v polarnih topilih


8

2.4 Lignocelulozni material

Lignocelulozni material oz. rastlinsko obnovljivi material lahko glede na izvor surovine

razvrstimo v tri podskupine:24

primarni viri (bombaţ, seno, gradbeni les …),

lignocelulozni odpadki iz kmetijstva (slama, storţi od kuruze, hlevski gnoj …),

celulozni komunalni odpadki (papir, odpadni mulj …).

Lignoceluloza je sestavljena iz kompleksnih ogljikovih hidratov, kot so celuloza (40 %–

50 %), hemiceluloza (25 %–35 %) in lignin (15 %–20 %). Preprost prikaz materiala z vsemi

podenotami je predstavljen na sliki 2–5.22

Slika 2-5: Sestava lignoceluloze.22

Celuloza:

Celuloza je polimer, ki je v naravi proizveden s pomoĉjo rastlinskih celic. S kemijskega

stališĉa je sestavljen iz polisaharidnih enot glukoze, povezanih med seboj z β – 1,4 vezmi.

Splošna formula (C6H10O5)n je prikazana na sliki 2–6, pri ĉemer je »n« število monomernih

enot. Njena struktura je linearna in tesno povezana v snope, kar ji daje moĉno odpornost

proti reakciji hidrolize. Zato je za veĉjo uĉinkovitost reakcije material z vsebnostjo celuloze potrebno predhodno predobdelati (kemijsko ali fizikalno).

25

Slika 2-6: Splošna formula celuloze.

CELULOZA

LIGNIN

HEMICELULOZA


9

Hemiceluloza:

Hemiceluloza je sestavljena iz homo in hetero polimernih polisaharidov razliĉnih vrst

sladkorjev (pentoze, heksoze), povezanih med seboj z glikozidnimi vezmi. V primerjavi s

celulozo je zaradi prisotnosti stranskih verig v celoti ali delno nekristaliniĉna.25

Lignin:

Lignin je prav tako polimer iz fenilpropanskih enot. Netopen je v vodi in ga je izredno teţko

hidrolizirati. Nahaja se med celuloznimi snopi in varuje rastlinski material pred mehanskimi

poškodbami.25

2.4.1 Odpadni papirni mulj

Kot je bilo ţe uvodoma omenjeno, gre kemijsko in fizikalno gledano za odpadek, ki

predstavlja veliko ekološko obremenitev. Ker vsebuje velik deleţ ogljika, je njegovo

odlaganje v naravo prepovedano. Del odpadnega papirnega mulja se lahko uporabi kot sekundarna surovina v proizvodnji cementa in opekarni. Ostalo se seţge v seţigalnicah.

Odpadni papirni mulj vsebuje anorganski (kaolin, karbonat) in organski del (celulozna

vlakna). V osnovi je sestavljen iz celuloznih vlaken in polnil iz kalcijevega karbonata, gline

in vodotopnih ostankov kemikalij. Zaradi industrijske proizvodnje so prisotne tudi druge

spojine (pepel, aluminjev in ţelezov oksid …). Ĉe ga hoĉemo pretvoriti v bioetanol, je

uporaben samo organski del, anorganskega je potrebno odstraniti. Odpadni mulj je sivo bela

trdna snov, ki vsebuje veliko vode. Nekatere njegove fizikalne in kemijske lastnosti so podane v tabeli 2–2.

4,26

Tabela 2-2: Fizikalna ali kemijska lastnost odpadnega mulja.4,26

kemijska ali fizikalna lastnost vrednost

barva bela

gostota mokrega materiala 12,7 kg/m3

gostota suhega materiala 6,1 kg/m3

agregatno stanje trdno

pH 8,3

električna konduktivnost 0,2 mS/cm

skupni ogljik (TOC) 153 g/kg


10

Na prvi pogled je oblika mulja dokaj enostavna, vendar mikroskopska poveĉava pokaţe

njegovo kompleksno zgradbo. To lahko vidimo na sliki 2–7, kjer so prikazana vlakna

odpadnega mulja pri razliĉnih mikroskopskih poveĉavah.4

Slika 2-7: Mikroskopska poveĉava odpadnega mulja: a) 100x in b) 500x.4

2.5 Reakcija hidrolize in alkoholne fermentacije

Reakcija hidrolize pomeni cepitev molekul oz. njenih kovalentnih vezi. Splošna reakcija

hidrolize je zapisana na sledeĉ naĉin:27

A-B + H-O-H A-H + B-OH 2.5

Iz enaĉbe 2.5 je razvidno, da se izhodna spojina razcepi na dva dela, pri ĉemer se v en del

vgradi hidroksilna skupina (hidroksilni anion), v drugega pa vodik (kation).

Reakcija hidrolize je v osnovi obratna reakcija nevtralizacije. Po Brønstedovi teoriji kislin in

baz je reakcija hidrolize imenovana protolizna reakcija. V tem primeru gre za sprejemanje in

oddajanje protona.27

Reakcija hidrolize je znaĉilna tudi za specifiĉne polimere, kjer se kot katalizatorji

uporabljajo kisline – ţveplova kislina ali lugi – natrijev hidroksid. Ta tip reakcije se pojavi

pri amidih in estrih. Do same hidrolize pride zaradi nukleofilnega napada (voda, hidroskidni

ion) na ogljik v karbonilni skupini amida ali estra.28

V primeru odpadnega mulja hitrost

kemijske reakcije pospešimo z dodatkom celulaze, ki je specifiĉen encim za to vrsto

reakcije.

Reakcija alkoholne fermentacije ali alkoholno vrenje je biološki proces, pri katerem se

sladkor – glukoza pretvori v obliko adenozin trifosfata (ATP), kot metabolni produkt pa

nastaneta etanol in ogljikov dioksid. Za takšno delovanje so potrebni anaerobni pogoji in

prisotnost encima iz vrst kvasovke Saccharomyces cerevisiae. Optimalna temperatura

delovanja encima kvasovk je med 35 in 37 °C.


11

Biokemijsko reakcijo za pretvorbo glukoze v etanol lahko zapišemo z enaĉbo 2.6:29

C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ATP 2.6

Na sliki 2–8 je prikazan celoten proces alkoholne fermentacije glukoze do konĉnega

produkta etanola. V prvem koraku se mulekula glukoze najprej razcepi do dveh molekul

piruvata. Pri tem se sprosti energija (eksotermna reakcija) in pride do vezave anorganskih

fosfatov na adenozin difosfat – ADP, ter redukcijo oz. sprejemanje vodikovega protona

nikotinamid dinukleotida – NAD+ v NADH. V drugem koraku se novo nastali molekuli

piruvata pretvorita v dve novo nastali molekuli acetaldehida. Kot stranski produkt nastane

ogljikov dioksid. Konĉni korak je pretvorba acetaldehida z oksidacijo NADH oz. vezavo

vodikovega protona v etanol.29

Slika 2-8: Proces proizvodnje etanola iz glukoze.29

GLUKOZA

2 ETANOL

2 ACETALDEHID

2 PIRUVAT


12

3 Metode dela

Pri laboratorijskem delu je kljuĉnega pomena izbira ustrezne in natanĉne metode dela, ter

izvajanje eksperimentov na sodobni in tehnološko dovršeni procesni opremi. Zato bo v tem

poglavju sledil opis osrednjega reaktorskega sistema in pregled izbranih metod dela.

Eksperimentalni del v okviru magistrskega dela je bil v celoti opravljen na Fakulteti za

kemijo in kemijsko tehnologijo v Mariboru, natanĉneje v Laboratoriju za procesno sistemsko

tehniko in trajnostni razvoj.

3.1 Delovanje in specifikacije osrednjega reaktorskega sistema

Pri izvajanju hidrolize celuloze iz odpadnega mulja smo uporabljali reaktorski sistem

EasyMax 102 proizvajalca Mettler Toledo, ki je predstavljen na sliki 3–1. Ta sistem po

naĉinu delovanja uvršĉamo med šarţne reaktorje. Zanje je znaĉilno, da reakcija poteĉe/steĉe

z mešanjem z razliĉnimi vrstami mešal. Temperaturno odvisnost v reaktorju nadzorujemo z grelnim ali hladilnim medijem v plašĉu reaktorja.

30

Slika 3-1: Reaktorski sistem EasyMax 102.


13

Reaktorski sistem EasyMax 102 predstavlja novo generacijo avtomatiziranih sistemov za

laboratorijske analize in organske sinteze. Omogoĉa izvajanje kalorimetriĉnih meritev za

posamezne reakcije. Te meritve so pri prenosu podatkov kemijskega procesa iz

laboratorijskega na industrijsko merilo kemijskemu inţenirju v izredno pomoĉ. Z njimi

dobimo podatke o varnosti procesa ter snovnem in toplotnem prenosu.31

Primerjava med tem reaktorskim sistemom in prav tako avtomatiziranim RC1

laboratorijskim reaktorjem pokaţe mnoge prednosti prvega. Izrazita prednost sistema

EasyMax 102 je majhna velikost reaktorjev. Ta specifikacija je v kemijskem inţenirstvu zelo

pomembna, saj je v najveĉ primerih za izvajanje testnih reakcij na razpolago majhna koliĉina

reaktantov. Sistem prav tako odlikuje zelo dobra natanĉnost pri izvajanju poskusnih

eksperimentov, pri doloĉenih temperaturnih profilih in razliĉnih hitrostih mešanja.

Upravljanje sistema in doloĉanje reakcijskih pogojev (temperature, hitrosti mešanja, ĉasa

reakcije …) izvajamo s pomoĉjo majhnega zaslona na dotik. Zajemanje podatkov lahko

poteka preko osebnega raĉunalnika, ali jih shranjujemo na USB kljuĉek. Vse te lastnosti pripomerejo k temu, da je EasyMax 102 enostaven in varen za laboratorijsko delo.

Reaktorski sistem je zasnovan tako, da lahko na njem hkrati potekata loĉeno dve reakciji. V

grobem je sestavljen iz naslednjih pomoţnih reaktorskih komponent (slika 3–2 v tlorisnem pogledu):

dveh steklenih reaktorjev, temperaturnega termostata, dodatka za kalorimerijo, merilca pretoka zraka, merilca pretoka hladilne vode in krmilnega modula.

Slika 3-2: Tloris laboratorijskega reaktorja.

krmilni modul

steklena reaktorja

merilec pretoka hladilne vodemerilec pretoka zraka

temperaturni termostat

dodatek za kolorimetrijo

33 cm

28cm

36 cm


14

V nadaljevanju sledi kratek opis in predstavitev posameznih delov reaktorskega sistema EasyMax 102.

Steklena reaktorja:

Sistem omogoĉa hkraten in loĉen potek dveh neodvisnih reakcij. Za to sta namenjena dva

steklena reaktorja za razliĉne tipe reakcij in sintez. Vstavljena sta v notranjost naprave (slika

3–3), kjer poteka gretje ali hlajenje reaktorskega plašĉa in mešanje preko magnetnega mešala

razliĉnih oblik in z moţnostjo regulacije od (50 – 1 000) min-1

.

Slika 3-3: Notranjost vloţišĉa.

Volumen reaktorske posode je lahko 50 mL ali 100 mL. Na vrh valjastega reaktorja se s

pomoĉjo tesnila in zaponke stabilizira veĉvratni pokrov, kar je razvidno iz slike 3–4. Ravno

ta omogoĉa, da lahko med sintezami spremljamo in spreminjamo razliĉne procesne

parametre ter izvajamo kalorimetriĉne študije. Reaktorja imata tudi moţnost dodajanja

reaktantov v mešanico brez prekinjanja oz. zaustavljanja poteka reakcije. Med potekom

sintez je moţno reakcijsko zmes spremljati skozi stekleno vitrino na ĉelni strani naprave, ki si jo lahko osvetlimo z LED svetilko.

Slika 3-4: Stekleni reaktor: a) sestavni deli reaktorja in b) sestavljen reaktor.


15

Temperaturni termostat:

Tehnologija termostata deluje po principu »trdne faze«. To pomeni, da gretje poteka s

pomoĉjo elektriĉne energije, hlajenje pa deluje po Peltierjevem efektu. Pri tem pojavu se

ustvari temperaturna razlika na podlagi elektriĉne napetosti. Do tega pride, ko elektriĉni tok

steĉe ĉez dve razliĉni kovini, ki sta povezani na Peltierjevih spojih. Eden od spojev se

segreva, drugi hladi in tako se prenaša toplotni tok.32

Ta naĉin segrevanja in hlajenja

omogoĉa delovanje reaktorskega sistema v temperaturnem obmoĉju od (-40 180) °C. To

reguliramo preko zaslona na dotik, kjer lahko spremljamo temperaturni profil reakcije v

notranjosti in plašĉu reaktorja. Za laţje doloĉanje dejanske temperature v notranjosti

reakcijske mešanice uporabimo termometer, ki ga vstavimo skozi odprtino na pokrovu.

Krmilni modul:

Preko krmilnega modula (zaslona na dotik) upravljamo delovanje celotnega reakcijskega

sistema. Je izredno enostaven, hiter, zanesljiv in priroĉen za eksperimentalno delo.

Merilec pretoka zraka in hladilne vode:

Sistem ima vgrajeni ĉrpalki za pretok zraka in hladilne vode. Pretok hladilne vode nam

omogoĉa hlajenje termostatiranega dela sistema. Pretok zraka sluţi za odstranjevanje

kondenzata iz prostora med reaktorjem in grelnim plašĉem. S pomoĉjo merilcev ob strani

reaktorskega sistema lahko ti dve veliĉini reguliramo na ţeljeno vrednost.


16

3.1.1 Uporabljene kemikalije in pripadajoča laboratorijska oprema

Pri hidrolizi odpadnega mulja smo upoštevali navodila za varno delo v laboratoriju in hkrati

uporabljali sledeĉe kemikalije:

encim Cellulase from Aspergillus sp: Sigma – Aldrich,

orto – fosforno kislino (H3PO4), 85 %; Kemika Zagreb,

glukozni reagent; Roche,

natrijev hidroksid (NaOH); J.T. Baker,

belox 30; (w = 30 % H2O2),

D(+) – glukozo; Sigma – Aldrich,

deionizirano vodo.

Zraven vseh zgoraj naštetih kemikalij smo za uspešno delo potrebovali še sodobno, visoko tehnološko razvito in natanĉno laboratorijsko opremo:

spektrofotometer UV – VIS (Varian),

termostat za vodo (Lauda),

megnetno mešalo Rotamix SHP – 10 (Tehtnica Ţelezniki),

kriostat (WiseCircu),

centrifugo 5804 R (Eppendorf),

pH meter (Metller Toledo).

Uporabljali smo še osnovno laboratorijsko opremo:

ĉaše,

merilne valje (50, 100, 500 mL),

buĉke (100 mL),

magnetne mešalĉke,

centrifugirke,

kivete (semi – micro).

Kot osnovno surovino pri dvostopenjski razgradnji odpadnega mulja smo uporabljali stranski

produkt – odpadni mulj iz Goriĉan tovarne papirja Medvode, d. d.


17

3.2 Metode dela

Pri eksperimentalnem delu smo uporabljali razliĉne fizikalne, kemijske in analitske metode

za predobdelavo celuloze: spektrofotometrijo za doloĉanje koncentracije glukoze, alkoholno

fermentacijo za pridobivanje bioetanola in raĉunalniško simulacijo procesa z Aspen Plus

simulacijskim programom.

3.2.1 Predobdelava

Predobdelava je v kemijski industriji zelo pomemben del celotnega postopka. Z njo osnovni

vhodni surovini spremenimo sestavo in strukturo do te mere, da lahko v nadaljevanju laţje

poteĉe kemijska reakcija. Zato je potrebno izbrati in naĉrtovati takšen postopek, pri katerem

bomo na eni strani ĉim bolj zniţali obratovalne stroške predobdelave in na drugi strani ta

postopek ĉim bolj uspešno izvedli.33

Postopke predobdelave odpadnega mulja (lignin in hemiceluloza) lahko v grobem razdelimo

na tri podskupine, in sicer:25

fizikalno – mehansko predobdelavo,

kemijsko preobdelavo,

biološko predobdelavo.

Za naše laboratorijsko delo smo izbrali fizikalno – mehansko in kemijsko predobdelavo. Za

laţjo predstavo funkcije predobdelave odpadnega mulja, ki je sestavljen iz veĉ komponent

(lignin, hemiceluloza, celuloza …), si pomagamo s shemo na sliki 3–5.

Slika 3-5: Shema predobdelave odpadnega mulja.25

Hemiceluloza ima kratke stranske verige iz razliĉnih vrst sladkorjev, ter niţjo molekulsko

maso od celuloze. V odpadnem mulju ima funkcijo povezave molekul lignina in celuloze.

Zato je osnovni cilj predobdelave razbiti strukturo lignina (kristaliniĉno podroĉje) in s tem

dobiti veĉje število amorfnih podroĉij. To pomeni, da ima odpadni mulj pred predobdelavo

dolge verige lignina, po njej se te verige pretrgajo na krajša obmoĉja. Tako dobljena

struktura omogoĉa laţji dostop encimov ali kisline do aktivnih mest za potek reakcije hidrolize.

34

LIGNIN

CELULOZA

PREDOBDELAVAHEMICELULOZA

LIGNINCELULOZA

HEMICELULOZA


18

3.2.2 Izračun koncentracije glukoze

Za doloĉanje koncentracije glukoze pri hidrolizi odpadnega mulja v prvi stopnji reakcijskega

mehanizma smo uporabili spektrofotometriĉne meritve absorbance sladkorja (glukoze). Te

vrednosti smo zabeleţili s pomoĉjo VIS spektrofotometra (400–700 nm). Za osnovo smo

najprej izmerili absorbance (A) razliĉnih znanih koncentracij ĉiste glukoze. Iz dobljenih

vrednosti smo skonstruirali graf A f(cg) in tako dobili umeritveno krivuljo.

3.2.3 Izračun količine bioetanola

Najpomebnejši del izraĉuna pri študiji je bila koliĉina glavnega produkta – bioetanola po

fermentaciji sladkorjev. Izhajali smo iz reakcije alkoholne fermentacije glukoze v bioetanol, kar je obravnavano v poglavju 2.5.

Z upoštevanjem stehiometrije reakcije (enaĉba 2.6) smo nastavili osnovo za izraĉun

bioetanola, nastalega pri reakciji:

C H O C H

Ob uporabi enaĉbe za doloĉitev koncentracije glukoze in stehiometrijskega razmerja

glukoza : etanol (1 : 2), smo nastavili sklepni raĉun za konĉno koliĉino bioetanola,

dobljenega pri reakciji:

C H O C H

V nadaljevanju smo na osnovi znanih koncentracij glukoze (glede na razliĉne reakcijske

pogoje), doloĉali koncentracije bioetanola.

3.2.4 Računalniška simulacija

Z izvajanjem eksperimentov v laboratoriju smo pridobili podatke, s katerimi bi lahko

prenesli sistem v industrijsko merilo (scale – up). Pri tem nam je bil v pomoĉ raĉunalniški

program Aspen Plus. Gre za izredno tehnološko razvit program, ki omogoĉa simuliranje

procesa pod takšnimi pogoji, kot bodo zahtevani v industriji. Delovanje programa poteka na

osnovi matematiĉnih modelov, empiriĉnih korelacij in tehnik analize. Z njim ustvarjamo

procesne sheme iz procesnih enot (kompresorji, ĉrpalke, separatorji, reaktorji …), pri tem

nam je na voljo obseţna zbirka kemijskih in fizikalnih parametrov. Za kemijskega inţinerja

je izredno pomembna izbira raznih modelov poteka reakcij ter moţnost spreminjanja in

optimiranja reakcijskih pogojev.35,36

V našem primeru smo simulirali separacijo bioetanola iz reakcijske zmesi po fermentaciji, za

kar smo uporabili model frakcionirne destilacijske kolone.


19

4 Eksperimentalni del

Uspešnost laboratorijskega dela je v veliki meri odvisna od natanĉnosti in kvalitete

opravljenega eksperimentalnega dela. Samo zanesljivi ter ponovljivi rezultati omogoĉajo

naĉrtovanje ekonomsko in energetsko varĉnih procesov z visokimi izkoristki.

V tem poglavju predstavljamo eksperimentalno delo, ki je bilo opravljeno v okviru naših

raziskav. Gre za postopek predobdelave odpadnega mulja in reakcije hidrolize tako

predobdelane celuloze.

4.1 Postopki predobdelave

Za izvedbo reakcije hidrolize celuloze iz odpadnega mulja je bilo potrebno surov material

predhodno obdelati. V nadaljevanju sledi opis štirih razliĉnih tehnik predobdelave, in sicer: mletja, kislinske predobdelave (H3PO4), alkalne hidrolize (NaOH) in oksidacije (H2O2).

Mletje:

Najprej smo odpadni mulj v zraĉnem sušilniku posušili do konstantne mase. Suh material

smo nato zmleli v centrifugalnem mlinu (primer tega je lahko mlinĉek za kavo). Mulj je pri

tem dobil obliko vate, kar lahko vidimo na sliki 4–1. Tako smo dobili reaktant, ki je bil

pripravljen za izvajanje reakcije hidrolize.

Slika 4-1: Zmleti odpadni mulj.


20

Kislinska predobdelava:

Postopek kislinske predobdelave z orto – fosforjevo kislino je potekal po naslednjih zaporednih stopnjah:

1. V reaktor smo zatehtali pribliţno 20 g suhega in zmletega odpadnega mulja, ter

dodali 70 mL 85-odstotne orto – fosforjeve kisline. Reakcijsko mešanico smo

termostatirali na temperaturo, 50 °C in jo najprej mešali z vrtilno frekvenco

mešala, fm 150 min-1

(zaradi visoke gostote), nakar smo obrate postopoma veĉali do

fm 300 min-1

. Mešanje smo izvajali cca. 2 uri oz. tako dolgo, dokler ni bila

reakcijska mešanica povsem homogena. Primer takšne mešanice je prikazan na sliki

4–2.

Slika 4-2: Homogena mešanica odpadnega mulja, obdelana z orto – fosforjevo kislino.

2. Naslednja stopnja je bila centrifugiranje homogenizirane mešanice. To smo storili z

namenom loĉevanja organskega od anorganskega dela, ki se je posedel na dno

centrifugirke, kar je razvidno iz slike 4–3. Centrifugirali smo 5 min pri v 5 000 min-

1. Organski del smo nato zlili v vodo, ohlajeno z ledom in s tem prepreĉili ponovno

nastajanje kristaliniĉnih podroĉij v celuloznih vlaknih. Dobili smo veĉ amorfnih

podroĉij, kar je ugodno vplivalo na nadaljnji potek hidrolize. Dobljen trdni ostanek

smo veĉkrat sprali z deionizirano vodo in na koncu še z acetonom, ter ga dali v

eksikator. Reakcije hidrolize smo izvedli s posušenim predobdelanim organskim

delom mulja.

Slika 4-3: Organski in anorganski del po centrifugiranju.

ANORGANSKI DEL

ORGANSKI DEL


21

3. Na koncu smo izvedli še analizo organskega dela. Predobdelan odpadni mulj smo

seţgali v peĉi pri temperaturi, 500 °C. Pri tem se je organski del (celuloza)

seţgal, vendar je še vseeno ostalo nekaj anorganskega dela (pribliţno 20 %). Iz tega

lahko sklepamo, da centrifugiranje ni povsem loĉilo organskega in anorganskega

dela.

Na sliki 4–4 lahko vidimo celulozo iz odpadnega mulja po konĉani predobdelavi z orto –

fosforjevo kislino, ki je pripravljena za encimsko reakcijo hidrolize. Za še boljši izkoristek reakcije hidrolize smo obdelan material v terilnici zdrobili v prah.

Slika 4-4: Organski del mulja z 20 % vsebnosti neĉistoĉ.

Alkalna hidroliza:

Alkalno hidrolizo smo izvedli z natrijevim hidroksidom razliĉnih koncentracij, in sicer 3-

odstotno in 7-odstotno raztopino NaOH. Predhodno posušeno celulozo smo raztopili v

natrijevem hidroksidu. Tako dobljeno zmes smo zamrznili za 24 ur pri −16 °C. Po

preteku tega ĉasa smo obdelan material odtalili in veĉkrat sprali z deionizirano vodo. Loĉitev

tekoĉine in trdne snovi smo izvedli s filtriranjem. Po veĉkratnem spiranju je material dobil

obliko, primerno za reakcijo hidrolize, kot je prikazano na sliki 4–5.

Slika 4-5: Vhodni material po konĉani predobdelavi z natrijevim hidroksidom.


22

Oksidacija:

Oksidacijo smo izvedli z vodikovim peroksidom. Suh trdni odpadni mulj (m 2,5 g) in

peroksid smo zmešali v razmerju 1 : 20, reakcijo smo izvajali z dvema razliĉnima

koncentracijama peroksida. Mešanico s H2O2 (w = 5 %) smo termostatirali na temperaturo,

50 °C in mešali 1 uro z vrtilno frekvenco mešala, fm 120 min-1

. Dobljeno zmes, ki je na

sliki 4–6, smo veĉkrat sprali in prefiltrirali. Obdelan material smo posušili v eksikatorju ter

ga tako pripravili za nadaljno reakcijo hidrolize. Enak postopek smo ponovili še s H2O2 (w = 1,5 %), le da je pri tem mešanje potekalo 20 ur.

Slika 4-6: Zmes po predobdelavi z vodikovim peroksidom.

4.2 Reakcija hidrolize odpadnega mulja

Reakcijo hidrolize celuloze iz odpadnega mulja smo, kot je ţe bilo omenjeno, izvajali v

reaktorskem sistemu EasyMax 102. Predhodno obdelan mulj smo zatehtali v stekleni reaktor

in dodali topilo (V = 50 mL). Kot topilo smo uporabili deionizirano vodo ali acetatni pufer

(ocetna kislina in natrijev acetat). Reakcijsko mešanico smo nato postopoma segreli na

45 °C in nekje po eni minuti dodali encim celulazo. Po preteku reakcijskega ĉasa smo zmes

ohladili na sobno temperaturo ter iz nje s filtrnimi plošĉicami odstranili morebitne primesi

odpadnega mulja, ki niso zreagirale. Dobljeni filtrat smo pred merjenjem še temperaturno

obdelali v vreli vodi in s tem denaturirali encim. Tako je bila raztopina pripravljena na

merjenje vsebnosti glukoze z VIS spektrofotometrom.

Eksperimente smo izvajali vedno pri konstantni:

temperaturi, 45 °C,

vrtilni frekvenci mešala, fm 200 min-1

,

volumnu topila, V 50 mL.

Spreminjali smo naslednje reakcijske parametre:

volumen encima celulaze, V (100, 500, 1000, 2000 in 3000) L,

ĉas reakcije, t (24 in 48) h,

pH topila, (4, 5 in 6), maso reaktanta – celuloze iz odpadnega mulja.


23

4.2.1 Merjenje koncentracije glukoze

Za merjenje koncentracije glukoze v nastali reakcijski mešanici odpadnega mulja je bilo

potrebno najprej skonstruirati umeritveno krivuljo. To smo pripravili iz razliĉnih masnih

koncentracij glukoze. Izraĉunane mase (tabela 4–1) smo zatehtali v buĉke ter jih dopolnili do

oznake. Merjenje absorbance je potekalo tako, da smo odpepitirali 10 L osnovne raztopine

standardne glukoze, ter dodali glukozni reagent (V 990 L). Nato smo nastalo raztopino

dobro pretresli na stresalniku in 10 min termostatirali pri 36 °C. Po preteku tega ĉasa

smo na VIS spektrofotometru (slika 4–7) izmerili vrednost absorbance pri valovni dolţini

500 nm.

Tabela 4-1: Mase standardnih raztopin.

V [mL] mg [g]

100 0

100 0,0900

100 0,1802

100 0,2702

100 0,3603

100 0,4504

100 0,5405

Absorbance dobljenih vzorcev glukoze po hidrolizi celuloze smo izmerili enako, kot je bilo

opisano zgoraj. Vendar v tem primeru nismo vzeli standardne raztopine glukoze, ampak raztopino glukoze v vzorcu.

Slika 4-7: VIS spektrofotometer.

4.3 Alkoholna fermentacija glukoze v bioetanol

Alkoholne fermentacije glukoze v bioetanol nismo izvajali neposredno v laboratoriju, ampak

smo povzeli izkoristek reakcije po ţe narejeni študiji iz leta 2013. 100-odstotna presnova

fermentacije glukoze do bioetanola je bila doseţena po 24 urah.37

Dobljena koncentracija

glukoze pri eksperimentalnem izvajanju reakcije hidrolize je bila tako nizka, da bi bilo med

reakcijo fermentacije nemogoĉe zasledovati dobljeno koncentracijo bioetanola. Ob

upoštevanju vseh podatkov smo dobljeno koliĉino bioetanola grobo ocenili.


24

5 Rezultati in diskusija

5.1 Umeritvena krivulja

Za izraĉun koncentracije glukoze smo potrebovali umeritveno krivuljo. To smo skonstruirali

na osnovi meritev standarnih raztopin glukoze razliĉnih masnih koncentracij. Te so

prikazane v poglavju 4.2.1. Krivuljo smo skonstruirali znova, ko smo porabili stekleniĉko

glukoznega reagenta z razlogom, da ne bi prihajalo do odstopanj med posameznimi šarţami reagenta. Na sliki 5–1 je prikazan primer umeritvene krivulje.

Slika 5-1: Umeritvena krivulja za doloĉanje koncentracije glukoze.

Z uporabo linearne regresije smo doloĉili enaĉbo premice zgornjega eksperimentalnega primera, in sicer:

5.1

kjer je:

y – vrednost absorbance A,

x – koncentracija glukoze cg [mmol/L].

Vsem dobljenim hidroliziranim vzorcem smo izmerili absorbanco in z enaĉbo premice

(primer te je lahko enaĉba 5.1) doloĉili koncentracijo nastale glukoze. Po enaĉbi 2.4 smo

nato izraĉunali presnovo reakcije hidrolize celuloze iz odpadnega mulja v glukozo.

Iz slike 5–1 je razvidno, da umeritvena krivulja A f(cg) ne poteka skozi izhodišĉe

karteziĉnega koordinatnega sistema. Razlog za to je v odzivnosti reagenta, ki je lahko

posledica intenzitete njegove obarvanosti.

y = 0,0598x + 0,0239R² = 0,9964

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

0 5 10 15 20 25 30 35

A [

1]

cg [mmol/L]

Eksperimentalni podatki Linearna


25

5.2 Encimska hidroliza odpadnega mulja

Reakcijo hidrolize smo izvajali s celulozo, ki je bila predhodno obdelana na razliĉne naĉine.

Koncentracija nastale glukoze je bila v vseh primerih izraĉunana glede na organski del.

Reakcijski parametri so bili pri izvajanju hidrolize sledeĉi: temperatura, 45 °C, ĉas

reakcije, t 24, 48 h, volumen raztopine V 50 mL in vrtilna frekvenca mešala, fm 200

min-1

za vse izvedene reakcije enaki. V naslednjem podpoglavju sledi prikaz rezultatov in primerjav med razliĉnimi tehnikami predobdelave mulja.

5.2.1 Mletje

Pri predhodno obdelanem mulju z mletjem smo reakcijo hidrolize izvajali z dvema

razliĉnima topiloma: deionizirano vodo (pH smo uravnali na ţeljeno vrednost) in puferno

raztopino (acetatni pufer). V tabeli 5–1 je prikazan vpliv vrste topila na stopnjo presnove pri reakciji hidrolize.

Tabela 5-1: Vpliv vrste topila na presnovo reakcije hidrolize.

Iz tabele 5–1 je razvidno, da je bila hidroliza izvedena z enako koliĉino encima, mulja ter pH

reakcijske mešanice. V tem primeru smo prouĉevali le vpliv vrste topila na izkoristek

reakcije pri mletju kot naĉinu predobdelave. Ugotovitev je bila, da vrsta topila ni pomembna,

saj v našem primeru ne vpliva na presnovo oz. je razlika med njima minimalna. Prav tako je

mletje zaradi nizke presnove reakcije dokaj neprimeren naĉin predobdelave. Glede na

stroškovno in izvedbeno plat ne predstavlja veĉjih omejitev.

5.2.2 Kislinska predobdelava

Za kislinsko preobdelavo smo ţe iz pregledane literature ugotovili, da je najbolj primeren in

uĉinkovit postopek.38

Zato smo ravno v tem primeru prouĉevali vpliv procesnih parametrov

(ĉasa, koliĉine encima in pH vrednosti) na presnovo reakcije hidrolize. Nespremenjeni so

ostali masa odpadnega mulja, vrsta in volumen topila (acetatni pufer).

Prvo bistveno razliko med mletjem in kislinsko predobdelavo smo ugotovili ţe po

opravljenem ţarjenju. Pri kislinski predobdelavi z orto – fosforjevo kislino je bil deleţ

organske faze 82,04 %, pri mletju pa le 43,85 %.

Po postopku ţarjenja smo ugotovili, da tudi kislinska predobdelava ne odstrani

anorganskega dela v celoti. Ostanek tega je še vedno 18 %, kar moti potek encimske

hidrolize.

Vencima [µL] mmulja [g] pH Vrsta topila cg[mmol/50mL] XA [%] worg. del[%]

500 0,42 5 Voda 0,0590 5,4 43,85

500 0,42 5 Pufer 0,0387 3,8 43,85


26

V primeru dvakratne kislinske predobdelave se je organski deleţ nekoliko zvišal (88,6 %).

Vendar sta se s tem poveĉala tudi ĉas in strošek predobdelave, izkoristek reakcije je ostal

nespremenjen.

V tabeli 5–2 je prikazana presnova reakcije hidrolize pri razliĉnih vredostih pH (4, 5 in 6),

ter konstantnih reakcijskih parametrih. Vidimo, da je optimalna vrednost za izvedbo

encimske reakcije hidrolize odpadnega mulja pH = 5, kar smo prav tako zasledili v

literaturi.39

Tabela 5-2: Vpliv spremembe pH na presnovo reakcije hidrolize.

Pri višjem ali niţjem pH se presnova reakcije zniţa glede na optimalno vrednost. Odvisnost

presnove reakcije hidrolize od pH vrednosti prikazuje slika 5–2.

Slika 5-2: Vpliv spremembe pH na stopnjo presnove hidrolize glukoze.

24

26

28

30

32

34

36

38

40

3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7

XA

[%]

pH

Eksperimentalni podatki


500 0,15 4 Pufer 0,1738 25,4 82,04

500 0,15 6 Pufer 0,2135 29,3 82,04

500 0,15 5 Pufer 0,2476 36,5 82,04


27

Ob preverjanju vpliva reakcijskega ĉasa na presnovo reakcije smo ugotovili, da se presnova

tudi po 48 urah ne poveĉa veĉ kot za 10 %. To bistveno ne vpliva na konĉni izkoristek

dobljenega bioetanola (tabela 5–3). Poveĉa se le strošek proizvodnje.

Tabela 5-3: Vpliv spremembe reakcijskega ĉasa na presnovo reakcije hidrolize.

Ţe uvodoma smo sklepali, da bo na presnovo encimske hidrolize odpadnega mulja najbolj

vplival volumen encima. V tabeli 5–4 so prikazane presnove v primeru spreminjanja

volumna encima in konstantnih ostalih reakcijskih parametrih.

Tabela 5-4: Vpliv volumna encima na presnovo reakcije hidrolize.

Iz tabele 5–4 je razvidno, da s 100 µL in 500 µL encima doseţemo skoraj enako presnovo.

Prav tako sta presnovi pri 1 000 µL in 2 000 µL dokaj identiĉni, vendar dvakrat višji kot pri

manjšem volumnu encima. Poskusili smo tudi s 3 000 µL, presnova se je še nekoliko

poveĉala. Ta sprememba ni bila znatna, zato smo kot optimalno koliĉino encima izbrali

3 000 µL. Z nadaljnjim poveĉevanjem volumna encima bi najverjetneje prišlo do inhibicije.

t [h] mmulja [g] pH Vrsta topila cg[mmol/50mL] XA [%] worg. del[%]

24 0,15 5 Pufer 0,4902 72,2 82,04

48 0,15 5 Pufer 0,5591 82,2 82,04


100 0,15 5 Pufer 0,2488 36,7 82,04

500 0,15 5 Pufer 0,2476 36,5 82,04

1 000 0,15 5 Pufer 0,4443 65,1 82,04

2 000 0,15 5 Pufer 0,4604 67,3 82,04

3 000 0,15 5 Pufer 0,4902 72,2 82,04


28

5.2.3 Alkalna hidroliza in oksidacija

Glede na podatke iz literature smo priĉakovali, da bosta ti dve tehniki predobdelave dajali

manjše izkoristke reakcij. Zato smo se odloĉili, da jih izvedemo samo v eni paralelki.7

Iz tabele 5–5 je razvidno, da dobimo po predobdelavi z natrijevim hidroksidom pri enakih

reakcijskih pogojih veĉjo presnovo kot z vodikovim peroksidom. Vendar je deleţ organske

faze veĉji pri oksidaciji, kar pomeni,da smo s tem postopkom iz raztopine izloĉili veĉ

anorganskega dela, ki moti potek encimske hidrolize odpadnega mulja.

Primerjava presnov pri predobdelavi z alkalno hidrolizo pokaţe, da ni bistvene razlike med

3-odstotnim in 7-odstotnim NaOH. Enako pokaţe primerjava presnov reakcij hidrolize

celuloze, ki smo jo s H2O2 razliĉno dolgo predobdelovali.

Tabela 5-5: Vpliv predobdelave mulja z alkalno hidrolizo in oksidacijo na presnovo.

Tehnika

predobdelave Vencima [µL] mmulja [g] pH Vrsta topila XA [%] worg. del[%]

3 % NaOH 500 0,15 5 Pufer 22,6 40,78

7 % NaOH 500 0,15 5 Pufer 21,4 49,07

1 h H2O2 500 0,15 5 Pufer 7,8 92,96

12 h H2O2 500 0,15 5 Pufer 11,8 75,65


29

5.2.4 Primerjava različnih tehnik predobdelave

Primerjava razliĉnih tehnik predobdelave je najbolj zanimiv in pomemben del raziskav pred

samim naĉrtovanjem procesa v industrijskem merilu. Potrebno je izbrati postopek z

najniţjimi stroški in najveĉjim izkoristkom reakcije.

Na sliki 5–4 so prikazane presnove vseh tehnik predobdelave (mletja, kislinske predobdelave

z orto – fosforjevo kislino, alkalne hidrolize z NaOH ter oksidacije s H2O2) pri enakih

reakcijskih pogojih.

Slika 5-3: Presnove reakcije hidrolize celuloze z razliĉnimi predobdelavami.

Iz slike 5–4 je razvidno, da s kislinsko predobdelavo z orto – fosforjevo kislino doseţemo

najvišjo stopnjo presnove v primerjavi z drugimi tehnikami. Potrebno pa je omeniti, da je ta

postopek zelo zahteven, dolgotrajen in finanĉno neugoden.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

XA

[%]

mletje

kislinska preobdelava

3 % NaOH

7 % NaOH

H2O2 1 h

H2O2 12 h


30

5.3 Fermentacija glukoze v bioetanol

Alkoholne fermentacije glukoze v bioetanol v laboratorijskem merilu nismo izvajali, saj je

bilo iz predhodnih raziskav ugotovljeno, da je reakcija neproblematiĉna in zlahka doseţemo

skoraj 100-odtotno presnovo. Problematika, ki smo jo zaznali, ni bila v poteku reakcije

fermentacije, temveĉ v prenizki koncentraciji potencialnega produkta bioetanola. Spodaj

navedeni podatki so zato izraĉunani samo za kislinsko predobdelavo z orto – fosforjevo

kislino, ker nam daje najveĉjo stopnjo presnove hidrolize.

Reakcija hidrolize namreĉ poteka v moĉno razredĉenem mediju, zato je koncentracija nastale

glukoze kljub 72,2-odstotni presnovi nizka, = 1 g/L. Poslediĉno je tudi koncentracija

bioetanola zelo nizka, kar bi oteţilo njegovo separacijo do konĉnega produkta. V ta namen

smo izvedli reakcijo hidrolize tako, da smo poveĉali koliĉino predobdelanega mulja,

zmanjšali koliĉino dodanega pufra in poveĉali koliĉino encima. Priĉakovali smo nastanek

bolj koncentrirane raztopine glukoze. Rezultati dodatnih poskusov so podani v tabeli 5–6.

Tabela 5-6:Vpliv koliĉine encima in pufra na presnovo reakcije hidrolize.

Ugotovili smo, da se je kljub poveĉani koliĉini nastale glukoze presnova reakcije hidrolize

zniţala, kar pripisujemo moţnemu pojavu inhibicije. Vendar bi bilo v primeru industrijske proizvodnje bolj koncentriran bioetanol laţje loĉevati iz reakcijske zmesi.

Na osnovi podatka iz tovarne, da letno nastaja pribliţno 2 000 t mulja in ob upoštevanju

eksperimentalnih podatkov (najveĉja presnova reakcije hidrolize je 72,2 %), ter stehiometrije

reakcije (enaĉba 2.6) smo izraĉunali teoretiĉno moţno koliĉino bioetanola v konĉni

raztopini. Dnevna proizvodnja za 280 dni letnega obratovanja bi znašala 316 kg za primer

bolj razredĉene raztopine bioetanola ( = 1 g/L) oziroma 151 kg za primer manj razredĉene

raztopine bioetanola ( = 3,5 g/L).

Vencima [µL] mmulja [g] pH Vpufra [mL] thidrolize [h] XA [%] worg. del[%]

3 000 0,15 5 50 24 72,2 82,04

5 000 0,5 5 / 24 9,3 82,04

5 000 0,5 5 / 48 10,6 82,04

5 000 0,5 5 15 24 34,2 82,04


31

Tabela 5–7 prikazuje izraĉunano sestavo napajalne mešanice, ki bi jo bilo potrebno voditi v

proces separacije za obe izraĉunani varianti ob uporabi kislinske predobdelave. Pri izraĉunih

smo upoštevali še izgube pri sušenju, centrifugiranju in prenašanju materiala.

Tabela 5-7: Masni pretoki komponent napajalne zmesi s kislinsko predobdelavo.

Komponenta

qm [t/d]

wbietanola = 0,1 %,

XA = 72,2 %

qm [t/d]

wbietanola = 0,35 %,

XA = 34,2 %

napajalna mešanica 373,315 43,196

voda 372,696 42,901

ogljikov dioksid 0,303 0,144

bioetanol 0,316 0,151

Na enak naĉin kot zgoraj smo izraĉunali sestavo napajalne mešanice za najveĉji posamezni

izbrani primer izkoristka reakcije za razliĉne tehnike predobdelave (mletje, oksidacija in alkalna hidroliza).

Tabela 5-8: Masni pretoki komponent napajalne zmesi po razliĉnih metodah predobdelav.

Komponenta

qm [t/d]

mletje

XA = 5,4 %

qm [t/d]

3 % NaOH

XA = 22,6 %

qm [t/d]

12 h H2O2

XA = 11,8 %

napajalna mešanica 127,732 355,755 355,755

voda 127,705 355,638 355,665

ogljikov dioksid 0,0128 0,057 0,044

bioetanol 0,0134 0,060 0,046

Iz tabele 5–8 lahko razberemo podatke za napajalno mešanico in njene komponente. V

primeru uporabe ostalih treh tehnik predobdelave bi dnevna proizvodnja bioetanola z

doloĉeno masno koncentracijo znašala:

mletje: 13,4 kg ( = 0,1 g/L),

alkalna hidroliza (3 % NaOH): 60 kg ( = 0,2 g/L),

oksidacija (12 h H2O2): 46 kg ( = 0,17 g/L).

Proizvodnja bioetanola v tabeli 5–8 je v primerjavi s podatki iz tabele 5–7 bistveno niţja (v

primeru posamezne najveĉje proizvodnje ta razlika znaša skoraj 80 %). Prav tako je njegova

masna koncentracija niţja. Iz podatkov smo sklepali, da so ostale tehnike predobdelave manj unĉinkovite in predvsem iz ekonomskega vidika neupraviĉene.


32

5.4 Blokovna shema procesa

Na sliki 5–5 je prikazana moţna shema celotnega procesa v primeru izbrane kislinske

predobdelave z orto – fosforjevo kislino, od zaĉetne vhodne surovine (odpadnega mulja) do

konĉnega produkta (bioetanola) z vsemi vmesnimi stopnjami. Ta postopek predobdelave

smo izbrali zaradi najvišje stopnje presnove.

Slika 5-4: Blokovna shema procesa s kislinsko predobdelavo.

Iz slike 5–4 je razvidno, da bi proces predobdelave odpadnega mulja zahteval 7 procesnih

stopenj, od katerih sta sušenje in centrifugiranje stroškovno odloĉujoĉa. Obratovalne stroške

v tem delu procesa bi moĉno poveĉala tudi uporaba kemikalij (predvsem kisline).


33

5.5 Računalniška simulacija

Separacije bioetanola od vode in ogljikovega dioksida zaradi neprimerne laboratorijske

opreme nismo izvajali eksperimentalno, ampak smo za ta namen uporabili raĉunalniško

simulacijo s programom Aspen Plus. Shematski prikaz tega dela procesa je predstavljen na

sliki 5–6. Za loĉitev smo izbrali frakcionirno destilacijsko kolono, kjer se je izvedla loĉitev

azeotropne zmesi etanol – voda. Doloĉili smo optimalne parametre destilacijske kolone, in

sicer:

tlak grelnika in kondenzatorja: 1 bar,

temperaturo vtoka: 35 °C,

število prekatov 18: (napajalni prekat 2).

Slika 5-5: Shema frakcionirne destilacije.

V spodnji tabeli 5–9 so prikazani in opisani procesni tokovi in procesna enota.

Tabela 5-9: Procesni tokovi in procesne enote za separacijski del procesa

Oznaka Procesni tok ali enota

1 NAPAJALNA ZMES

2 DESTILAT

3 DESTILACIJSKI OSTANEK

B1

FRAKCIONIRNA DESTILACIJSKA

KOLONA


34

Pri optimiranju destilacijske kolone smo ugotovili, da bi za najboljšo loĉitev bioetanola iz

napajalne mešanice morali uporabiti veĉ frakcionirnih destilacijskih kolon, kar bi izdatno

poveĉalo investicijske in obratovalne stroške. Ker pa je splošno znano, da sistem etanol –

voda tvori azeotrop, je popolna loĉitev teh dveh komponent nemogoĉa.40

V tabeli 5–10 je

prikazan masni pretok za vse tri komponente (vodo, ogljikov dioksid in bioetanol) v

posameznem procesnem toku za bolj razredĉeno in manj razredĉeno napajalno raztopino

(raztopina po fermentaciji sladkorjev).

Tabela 5-10: Masni pretoki komponent.

qm [kg/h]

wbietanola = 0,1 %, XA = 72,2 %

KOMPONENTA 1 2 3

BIOETANOL 13,16 13,16 2,54E-7

OGLJIKOV DIOKSID 12,63 12,63 5,84E-29

VODA 15529,00 867,13 14661,88

qm [kg/h]

wbietanola = 0,35 %, XA = 34,2 %

KOMPONENTA 1 2 3

BIOETANOL 6,29 6,29 5,44E-7

OGLJIKOV DIOKSID 6,00 6,00 1,22E-28

VODA 1787,54 77,00 1710,54

Iz tabele 5–10 je razvidno, da v primeru bolj razredĉene raztopine vodimo v frakcionirno

destilacijsko kolono napajalno zmes (tokovnica 1) z 0,1-odstotnim deleţem bioetanola. Po

loĉevanju v koloni dobimo na iztoku iz kondenzatorja (tokovnica 2) 1,5-odstotni bioetanol

skupaj s celotnim ogljikovim dioksidom in majhnim deleţem vode. Na iztoku iz uparjalnika

(tokovnica 3) je najveĉ vode ter zanemarljiv deleţ bioetanola in ogljikovega dioksida.

Podobno velja za manj razredĉeno raztopino, le da v tem primeru vodimo v frakcionirno

destilacijsko kolono napajalno zmes z 0,35-odstotnim bioetanolom. Na iztoku iz

kondenzatorja pa je njegov deleţ 7,0 %. Ĉistota takšnega bioetanola je prenizka, zato ga ne

moremo uporabiti kot biogorivo.41

Loĉevanje komponent v frakcionirni destilacijski koloni je bilo uspešno v obeh primerih

(bolj in manj razredĉena raztopina), saj je v ostanku zelo majhen deleţ bioetanola. V

destilatu je bila prisotna tudi voda, kar je posledica njene vezave na ogljikov dioksid.

Sicer bi za uĉinkovitejši proces lahko destilat (tokovnica 2) vodili v drugo frakcionirno

destilacijsko kolono, s ĉimer bi zvišali ĉistoto bioetanola. Vendar bi investicijski stroški

dodatne kolone prevladali nad prihodki zaradi veĉje koncentracije bioetanola. Z raĉunalniško

simulacijo smo torej potrdili naše domneve z zaĉetka izvajanja raziskav. Investicija v takšen proces bi bila najverjetneje neupraviĉena.


35

6 Zaključek

Prenos doloĉenega kemijskega procesa iz laboratorijskega na industrijski nivo (»scale up«)

zahteva veliko znanja, izkušenj in eksperimentalnega dela. Potrebno je upoštevati, optimirati

in rešiti vrsto dejavnikov, da je proces ekonomsko ter energetsko unĉinkovito izveden. Ob

vsem tem je za kemijskega inţenirja zelo pomembno, da dela in optimira s sodobno ter

napredno laboratorijsko ali raĉunalniško opremo.

V okviru magistrske naloge smo skušali ĉim bolj upoštevati vse zgoraj naštete dejavnike in

preveriti moţnosti uporabe odpadnega mulja iz papirne industrije, ki velja za okoljsko

problematiĉen odpadek, za koristen stranski produkt z dodano vrednostjo. V našem primeru

bi to bil bioetanol. Predvideli smo tri stopnje procesa: predobdelavo mulja oz. celuloze,

encimsko hidrolizo celuloze do vmesnega produkta – glukoze in alkoholno fermentacijo

glukoze do bioetanola.

Pri eksperimentalnem delu smo uporabljali tehnološko dovršen reaktorski sistem EasyMax

102. V njem smo izvajali encimsko hidrolizo celuloze s specifiĉnim encimom – celulazo pri

razliĉnih reakcijskih pogojih. Za veĉji izkoristek reakcije je bilo potrebno vhodno surovino

predhodno obdelati. Za predobdelavo smo izbirali med štirimi razliĉnimi tehnikami, in sicer:

mletjem, kislinsko preobdelavo z orto – fosforjevo kislino, alkalno hidrolizo z NaOH in

oksidacijo s H2O2. Optimirali in spreminjali smo volumen dodanega encima V = (100, 500,

1 000, 2 000 in 3 000) µL, vrsto topila (deionizirana voda in acetatni pufer), maso odpadnega

mulja m = (0,15, 0,42 in 0,5) g, ĉas izvajanja reakcije t = (24 in 48 h) ter pH = (4, 5 in 6)

reakcijske mešanice. Med izvajanjem reakcije sta bili temperatura (ϑ = 45 °C) in vrtilna

frekvenca mešala (fm = 200 min-1

) konstantni.

Alkoholne fermentacije glukoze do bioetanola nismo izvajali neposredno v laboratoriju, saj

je proces enostaven in zlahka dosegamo praktiĉno 100-odstotno presnovo. Tako smo za

doloĉanje koncentracije etanola po drugi stopnji procesa uporabili podatke iz literature.36

Sestavo zmesi s teoretiĉno izraĉunano koliĉino bioetanola (po procesu fermentacije

sladkorjev s kvasovkami) smo uporabili kot vhodni podatek pri simulaciji separacijskega

dela procesa z raĉunalniškim programom Aspen Plus. Poskušali smo loĉiti bioetanol od vode

in ogljikovega dioksida.

Kljub temu, da odpadni mulj papirne industrije predstavlja velik okoljski problem, saj se ga

na letni ravni proizvede ogromno, z izvedenimi raziskavami nismo mogli potrditi ekonomske

uspešnosti procesa za razgradnjo odpadnega mulja do bioetanola. Ob upoštevanju, da

odpadni mulj vsebuje 60 % vode in da je v suhem preostanku pribliţno 50 % anorganskih

snovi, je razumljivo, da tudi po izbiri najuĉinkovitejšega postopka predobdelave, optimiranju

reakcijskih pogojev obeh stopenj procesa in konĉni separaciji ne moremo dobiti takšne

koliĉine bioetanola, ki bi upraviĉila investicijo v dodaten proces.


36

7 Literatura

1. Slovenski veliki leksikon NE-PI 8; Zaloţba Mladinska knjiga, 2007.

2. http://www.fao.org/forestry/354450e287e9c252335f2936d3cdc5b6bbd5ff.pdf (dostop:2.7.2015).

3. http://www.cepi.org/node/16410 (dostop: 2.7.2015).

4. Gornjak I., Samec N. Ali je papirniški mulj strošek ali energent, julij 2013,

http://www.zelenaslovenija.si/images/stories/eol/EOL_80/EOL80_papirniski_mulj.pdf (dostop: 3.7.2015).

5. Sternad B. Študija razgradnje škroba v odpadni vodi papirne industrije. Diplomsko delo

2014.

6. http://ethanolrfa.org/pages/World-Fuel-Ethanol-Production (dostop: 3.7.2015).

7. Cabrera, E., Muñoz, M.J., Martín, R., Caro, I., Curbelo, C., Díaz, A.B., Alkaline and

alkaline peroxide pretreatments at mild temperature to enhance enzymatic hydrolysis of

rice hulls and straw, Bioresource Technology (2014).

8. Li, J., Zhang, X., Zhang, M., Xiu, H., Hang H, Optimization of Selective Acid Hydrolysis

of Cellulose for Microcrystalline Cellulose using FeCl3, BioResouces 9 (1), 1334-1345,

2014.

9. Peng, L., Chen, Y., Conversion of paper sludge to ethanol by separate hydrolysis and

fermentation (SHF) using Saccharomyces cerevisiae, Biomass and Bioenery 35, 1600-

1606, 2011.

10. Yamashita, Y., Sasaki, C., Nakamura, Y., Development of efficient system for ethanol

production from paper sludge pretreated by ball milling and phosphoric acid,

Carbohydrate Polymers 79 250-254, 2010.

11. Zhao, Y., Wang, Y., Zhu, J.Y., Ragauskas, A., Deng, Y., Enhanced Enzymatic

Hydrolysis of Spruce by Alkaline Pretreatment at Low Temperature, Biotechnology and

Bioengieering 99 (6), 1320-1328, 2008.

12. Goršek, ., Peĉar, D., Kitak. M., Študija encimske razgradnje odpadnega mulja v

tovarni papirja Medvode, Poroĉilo o opravljenih raziskavah (interno gradivo), Maribor

2014.

13. Ignatowitz, E., prevod Ĉelnik L., Kemijska tehnika. Ljubljana: Zaloţništvo Jutro, 1996.

14. Goršek, A., Bioreakcijska tehnika: zbrano gradivo za predmet Bioreakcijska tehnika. Maribor: Univerza v Mariboru, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, 2006.

15. http://www.umich.edu/~elements/5e/asyLearn/bits/batch/index.htm (dostop: 15.7.2015).

16. http://encyclopedia.che.engin.umich.edu/Pages/Reactors/Batch/Batch.html (dostop:

15.7.2015).

17. Bisio, A., Kabel, R., Scale up of chemical processes (Conversion from Laboratory Scale Testes to successful Comercial Size Design). New York: John Wiley, 1985.

18. Levenspiel, O., Chemical reaction engineering, third edition. John Wiley, 1999.

19. PorSimPlusApplicationExample: Bioethanol Productiom Plant 2009.

20. http://www.wolframalpha.com/input/?i=ethanol (dostop: 20.7.2015).

21. http://www.energap.si/uploads/bioetanol_ok.pdf (dostop: 20.7.2015).

22. Janušiĉ, V., Ćurić, D., Kriĉka, T., Predtretmani u proizvodnji bioetanola iz lignocelulozne biomase, struĉni ĉlanek, 2008.

http://www.fao.org/forestry/354450e287e9c252335f2936d3cdc5b6bbd5ff.pdf

http://www.cepi.org/node/16410

http://www.zelenaslovenija.si/images/stories/eol/EOL_80/EOL80_papirniski_mulj.pdf

http://ethanolrfa.org/pages/World-Fuel-Ethanol-Production

http://www.umich.edu/~elements/5e/asyLearn/bits/batch/index.htm

http://encyclopedia.che.engin.umich.edu/Pages/Reactors/Batch/Batch.html

http://www.wolframalpha.com/input/?i=ethanol

http://www.energap.si/uploads/bioetanol_ok.pdf


37

23. Brethauer, S., Wyman, E. C., Review: Continuous h.ydrolysis and fermentation for cellulosic ethanol production, Bioresource Technology 101, 4862-4874, 2010.

24. http://studentski.net/gradivo/ulj_fkt_bi2_mol_sno_biomasa_pretvorba_polisaharidov_01

?r=1 (dostop: 22.7.2015).

25. Harmsen, P.F.H., Huijgen, W.J.J., Bermundez Lopez, L.M., Bakker, R.R.C., Literature

Review of Physical and Chemical Pretreatment Processes for Lignocellulosic Biomass,

Food & Biobased Research, Biosynergy, ECN, 2010.

26. Kuokkanena, T., Nurmesniemib, H., Poykio, R., Kujalad, K., Kaakinene, J.,

Kuokkanena, M., Chemical and leaching properties of paper mill sludge, Chemical

Speciation and Bioavailability 20(2), 111-122, 2008.

27. Deuden, Leksikon kemija, Uĉila 2008.

28. Drofenik, M., Splošna in anorganska kemija, Univerzitetni uĉbenik, Univerza v Mariboru, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, 2003.

29. https://en.wikipedia.org/wiki/Ethanol_fermentation (dostop: 23.7.2015).

30. Kitak, M. Hidroliza maltoze: uporaba laboratorijskega reaktorja z nasutjem za

določanje kinetičnih parametrov reakcije. Diplomska naloga, 2012.

31. http://si.mt.com/si/sl/home/supportive_content/White_Papers/productorganizations/autochem/Guide-to-Reaction-Calorimetry.html (dostop 29.7.2015)

32. https://en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect (dostop: 29.7.2015).

33. Moiser, N., Wyman, C., Dale, B., Elander, R., Lee, Y.Y., Holtzapple, M., Ladisch, M.,

Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomassI, Bioresource Technology 96, 673-686, 2005.

34. Zeeman, G., Hendriks, A.T.W.M., Pretreatments to enhance the digestibility of

lignocellulosic biomass, Bioresource Technology 100, 10-18, 2009.

35. Bohanec, M. Proizvodnja formalina z manjšo porabo pogonskih sredstev. Diplomska naloga, 2010.

36. Trop, P. Absorbcijska hladilna naprava za proizvodnjo industrijske hladilne vode.

Diplomska naloga, 2009.

37. Sternad B., Peĉar D., Goršek . Študija razgradnje škroba v odpadni vodi tovarne papirja Medvode, Poroĉilo o opravljenih raziskavah (interno gradivo), 2013.

38. Wei, S., Kumar, V., Banker, G.S., Phosphoric acid mediated depolymerization and

decrystallization of cellulose: preparation of low crystallinity cellulose – a new pharmaceutical excipient. International Journal of Pharmaceutics 142, 175-181, 1996.

39. Pezsa N., Ailer P. Bioethanol production from paper sludge prereated by subcritical

water. Hungarian journal of industrial chemistry Veszprem, 39(2), 321-324, 2011.

40. https://en.wikipedia.org/wiki/Azeotrope (dostop: 30.7.2015)

41. http://ethanolrfa.org/page//RFA%20Fuel%20Ethanol%20Industry%20Guideline%201210.pdf?nocdn=1 (dostop: 30.7.2015)

http://studentski.net/gradivo/ulj_fkt_bi2_mol_sno_biomasa_pretvorba_polisaharidov_01?r=1

http://studentski.net/gradivo/ulj_fkt_bi2_mol_sno_biomasa_pretvorba_polisaharidov_01?r=1

https://en.wikipedia.org/wiki/Ethanol_fermentation

http://si.mt.com/si/sl/home/supportive_content/White_Papers/productorganizations/autochem/Guide-to-Reaction-Calorimetry.html

http://si.mt.com/si/sl/home/supportive_content/White_Papers/productorganizations/autochem/Guide-to-Reaction-Calorimetry.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

https://en.wikipedia.org/wiki/Azeotrope

http://ethanolrfa.org/page/RFA%20Fuel%20Ethanol%20Industry%20Guideline%201210.pdf?nocdn=1

http://ethanolrfa.org/page/RFA%20Fuel%20Ethanol%20Industry%20Guideline%201210.pdf?nocdn=1


38

8 Priloge

Tukaj so zbrani rezultati raĉunalniške simulacije za primer z bolj razredĉeno in manj

razredĉeno raztopino etanola.

8.1 Bolj razredčena raztopina (w = 0,1 %):


39

8.2 Manj razredčena raztopina (w = 0,35 %):

Heat and Material Balance Table

Stream ID 1 2 3 S1 S2

From B1 B1 B2 B2

To B1 B2

Phase LIQUID LIQUID LIQUID MIXED LIQUID

Substream: MIXED

Mole Flow km ol/hr

ETHANOL ,1365704 ,1365704 1,18053E-8 0,0 ,1365704

CARBO-01 ,1363333 ,1363333 2,7776E-30 ,1363333 0,0

WATER 99,22364 4,274150 94,94949 4,274150 0,0

Total Flow km ol/hr 99,49654 4,547053 94,94949 4,410483 ,1365704

Total Flow kg/hr 1799,833 89,29167 1710,542 83,00000 6,291666

Total Flow l/min 30,48209 1,414327 31,03316 11,19298 ,1211614

Temperature C 35,00000 -36,04533 99,64912 -36,04533 -36,04533

Pressure bar 1,000000 1,000000 1,000000 1,000000 1,000000

Vapor Frac 0,0 0,0 0,0 6,90727E-3 0,0

Liquid Frac 1,000000 1,000000 1,000000 ,9930927 1,000000

Solid Frac 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Enthalpy cal/m ol -68117,83 -70138,76 -66892,31 -70188,92 -67921,84

Enthalpy cal/gm -3765,620 -3571,718 -3713,088 -3729,723 -1474,349

Enthalpy cal/s ec -1,8826E+6 -88590,19 -1,7643E+6 -85990,85 -2576,698

Entropy cal/m ol-K -38,36783 -43,36296 -34,88843 -42,03966 -88,91594

Entropy cal/gm-K -2,121011 -2,208198 -1,936602 -2,233918 -1,930058

Dens ity mol/c c ,0544016 ,0535832 ,0509935 6,56734E-3 ,0187862

Dens ity gm /cc ,9840935 1,052228 ,9186633 ,1235894 ,8654659

Average MW 18,08941 19,63726 18,01528 18,81880 46,06904

Liq Vol 60F l/min 30,10388 1,539913 28,56397 1,407502 ,1324111

Mole Frac

ETHANOL

CARBO-01

WATER

Mas s Flow kg/hr

ETHANOL 6,291667 6,291666 5,43857E-7 0,0 6,291666

CARBO-01 6,000000 6,000000 1,2224E-28 6,000000 0,0

WATER 1787,542 77,00000 1710,542 77,00000 0,0

Mas s Frac

ETHANOL 3,49569E-3 ,0704619 3,1794E-10 0,0 1,000000

CARBO-01 3,33364E-3 ,0671955 7,1463E-32 ,0722891 0,0

WATER ,9931707 ,8623425 1,000000 ,9277108 0,0


40

9 Življenjepis

OSEBNI POD TKI Matjaţ Kitak

Stoperce 71A, 2289 Stoperce, Slovenija

031 716 476

[email protected]

Spol moški | Datum rojstva 18/09/1990 | Drţavljanstvo Slovensko

DELOVNE IZKUŠNJE

2012 Opravljanje industrijskega projekta

KGZS Ptuj, Ormoška cesta 28

▪ Priprava vzorcev mleka in zemlje za analizo.

2014 Opravljanje industrijskega projekta

IKEM , d. o. o, Lovrenc na Dravskem polju

▪ Mletje vzorcev, priprava razklopov.

2014

2014/2015

2015

Sodelovnaje na projektu »Po kreativni poti do praktiĉnega znanja«

Univerza v Mariboru in podjetje Echo, d.o.o

Sodelovanje na delu projekta »Senzorji in merilni sistemi za in-situ

spremljanje parametrov v biotehnoloških procesih«.

Delo v laboratoriju KGZS Ptuj

KGZS Ptuj, Ormoška cesta 28

nalitika zemlje in toksinov

Sodelovanje na projektu «Po kreativni poti do praktiĉnega znanja«

Univerza v Mariboru

Sodelovanje na delu projekta »Priprava in karakterizacija poliHIPE

nosilcev za vezavo polutantov (PK-PHIPEN-VP)«.


41

IZOBR ŢEV NJE IN

USPOS BLJ NJE

KOMPETENCE

2009-2012 Diplomirani inţenir kemijske tehnologije (UN)

Univerza v Mariboru, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, Smetanova

ulica 17, 2000 Maribor

▪ Pridobljeno znanje iz: matematike, fizike, anorganske, organske in analizne kemije, termodinamike, reakcijske tehnike, prenosa snovi, separacijske tehnike,

mehanike fluidov …

▪ Diplomsko delo z naslovom: Hidroliza maltoze: uporaba laboratorijskega reaktorja z nasutjem za doloĉanje kinetiĉnih parametrov reakcije, sem opravljal v

Laboratoriju za procesno sistemsko tehniko in trajnostni razvoj, ter ga zakljuĉil z

odliko pri mentorici red. prof. dr. ndreji Goršek

2005-2009 Gimnazijski maturant

Gimnazija Ptuj, Volkmerjeva cesta 15, 2250 Ptuj

1997-2005 Osnovna šola

Osnovna šola Majšperk, Majšperk 32B, 2322 Majšperk

Materni jezik slovenšĉina

Drugi jeziki R ZUMEV NJE GOVORJENJE

PISNO

SPOROĈ NJE

Slušno

razumevanje

Bralno

razumevanje

Govorno

sporazumevan-

je

Govorno

sporoĉanje

nglešĉina B2 B1 B1 B1 B1

Nemšĉina C1 C2 C1 C1 C1

Stopnja: 1/2: Osnovni uporabnik - B1/2: Samostojni uporabnik - C1/2

Usposobljeni uporabnik

Skupni evropski jezikovni okvir

Komunikacijske

kompetence ▪ Sprošĉen nastop,

▪ Zmoţnost delovanja v timu,

▪ Organizacijske sposobnosti.


42

Raĉunalniške kompetence ▪ Dobro obvladovanje orodij Microsoft Office™,

▪ Simuliranje ( spen Plus in G MS),

▪ Wolfram Mathematica in M TL B.

Umetniške kompetence ▪ Plesalec pri FS KPD Stoperce,

▪ Igralec gledališke skupine KPD Stoperce.

Vozniško dovoljenje ▪ B, F

Documents

ENCIMSKA RAZGRADNJA ODPADNEGA MULJA PAPIRNE … · Encimska razgradnja odpadnega mulja papirne industrije III ZAHVALA V času študija in nastajanja tega magistrskega dela sta me