Feedstock Treatment

Question 1

Ist jede Biomasse als Feedstock zu verwenden? Was sind die Unterschiede und worauf kommt es an?

Answer 1

Theoretisch ja
Unterschiede in Verfügbarkeit, Zusammensetzung
» Je nach Feedstock muss ein Pretreatment gemacht werden, damit MOs an Monomere kommen (weil steric inhibition von Beginn an)

Question 2

Was soll das Endprodukt sein und was ist ein Hindernis?

Answer 2

Immer runter auf Monomere (C5/C6 Zuckern)
» Lignin hindert eine vollere Nutzung der Biomasse

Question 3

Bei Lingocellulosischem Feedstock, welche 3 Komponenten gibt es und welche sind von MOs bevorzugt?

Answer 3

Cellulose
Hemicellulose
Lignin

Question 4

Was ist die Composition von Hemicellulose?

Answer 4

ist eine heterogene Gruppe von Polysacchariden wie Xylose und Mannose. Verzweigter und weniger geordnet im Vergleich zu Cellulose

Question 5

Ist Hemicellulose in Wasser löslich?

Answer 5

JA, dadurch ist es besser zugänglich für mikrobielle Enzyme zum Abbau (wichtig für Pretreatment!!)

Question 6

Wie können MOs Hemicellulose verwenden?

Answer 6

Sie produzieren Enzym Hemicellulasen, die Hemicellulose in seine Zucker zerlegt&raquo_space; diese können als Kohlenstoffquelle für Energie und Wachstum genutzt werden

Question 7

Woraus besteht Cellulose?

Answer 7

Linearen Polysacchariden aus sich wiederholenden Glucoseeinheiten, die durch beta-1,4-glycosidischen bonds gelinkt sind. Sind in crystallinen Struktur und sehr geordnet

Question 8

Welche Physical Properties hat Cellulose?

Answer 8

Wasserunlöslich und hat starke bonds zwischen den Glucoseketten, weshalb es Resistenzen gegenüber enzymatischer Degradierung von vielen MOs ist

Question 9

Welche MOs produzieren welche Enzyme um Cellulose zu zersetzen?

Answer 9

Cellulolytic bacteria (zB Clostridium) und
Pilze (zB Trichoderma, Aspergillus)
produzieren. Cellulasen, die Cellulose down beakt&raquo_space; Glucose kann weiter genutzt werden

Question 10

Woraus besteht Lignin?

Answer 10

Aus irregulären Polymeren aus phenolischen Compounds. Bilden ein komplexes Netzwerk in der Pflanzenzellwand und gibt Schutz

Question 11

Was sind Physical Properties von Lignin?

Answer 11

Durch die komplexe irreguläre Struktur sind sie resistent gegenüber mikrobiellen Degradierung. Es ist hydrophob und bildet eine physikalische Barriere durch steric inhibition für Cellulose und Hemicellulose

Question 12

Können MOs Lignin nutzen?

Answer 12

Die meisten nicht. Ein paar spezialisierten Bakkis und Pilze wie zB white-rot fungi produzieren Enzyme wie lignin peroxidasen, die Lignins komplexe Bonds aufbricht

Question 13

Welche 4 Typen von Pretreatment gibt es?

Answer 13

1. Physical (Mechanical extrusion, Milling, Ultrasound)
2. Chemical (Acid, Alkali, Organosolvo)
3. Physiochemical (Steam explosion, Liquid hot water, Ammonia based)
4. Biological (Fungi (white-rot-fungi), Bakkis, Archae)

Question 14

Was ist immer der erste Schritt im Pretreatment?

Answer 14

Physical Pretreatment&raquo_space; reduziert Volumen und erhöht Oberfläche, damit Biomasse effektiver prozessiert werden kann
most common: Milling und Extrusion (macht zB Pellets)

Question 15

Welche Säuren werden für das Pretreatment genutzt und was sind Vor- und Nachteile?

Answer 15

zB: Sulfuric Acids (bei Rice straw), Hydrochloric Acids (bei corn stover)
+: - Breaks down Hemicellulose effizient und verändert die Struktur von Lignin
- Kann bei vielen verschieden Biomassen Anwendung finden
–: - hoch korrosiv und man braucht spezielle Materialien
- produziert Compounds, die inhibierend wirken (zB Furfuralm und HMF)
- Environmental concern: Vorsicht beim disposal

Question 16

Wie verläuft der allgemeine Prozess mit acid Pretreatment?

Answer 16

Physical Pretreatement&raquo_space; Acid application&raquo_space; Separation zu (1) Solid phase: Cellulose und Lignin (2) Liquid Phase: Hemicellulose&raquo_space; (beides) Neutralization & washing&raquo_space; (1) Enzymatic Hydrolyse&raquo_space; Separation in (A) Lignin und (B) Glucose |&raquo_space; (2) zu © Hemicellulose

Question 17

Was sind Vor- und Nachteile vom Alkali prerteatment?

Answer 17

+: - weniger environmental impact
- Effizient im Lignin-Removal
- Niedrigere Temp und Druck notwendig
–: - Incomplete Hydrolyse
- Waste Generation und careful management damit

Question 18

Was sind Vor- und Nachteile vom Organosolv chemical Pretreatment?

Answer 18

> > produziert high quality Cellulose und Lignin
+: - Qualität und Reinheit der Produkte
- weniger Environmental impact (solvents are recoverable)
- reduzierte Inhibitorenbildung
–: hohe Kosten für organic solvents
- Energie intensiv

Question 19

Gib einen Überblick zum Physiochemical Pretreatment:

Answer 19

• ein Hybrider Approach (physikalisch und chemisch) um besser an Cellulose zu kommen
• verschiedene Techniken: Steam explosion, AFEX, liquid hot water
• Operational Variety: durch Veränderung von Temp, Druck und Zeit&raquo_space; könne je nach Feedstock optimiert werden
• zwar weniger schädlich, weil weniger Chemikalien, aber immer noch hoher Energieverbrauch und Waste

Question 20

Was ist die Stream explosion und was sind Vor- und Nachteile?

Answer 20

Alles nass unter hoher Temperatur und Druck&raquo_space; Druck raus durch Ventilöffnung&raquo_space; Wasser zu Gas und Explosion&raquo_space; Disruption der lignocellulosischen Struktur
+: - Effektive Disruption
- Eco-friendly
- Vielseitig, weil für viele Feedstocks anwendbar
–: Bildung von Inhibitoren (Furfural und HMF)
- Incomplete Verdauung: Hemicellulose wir nicht komplett aufgelöst

Question 21

Gib ein Overview zum biological Pretreatment

Answer 21

• Nature-based Solution: es wird komplett von MOs gemacht
• Gentle Process: milde Konditionen (ambient T+p)
• Environmentally friendly: reduzierte Chemikalien und Energieverbrauch
• Selective Lignin Removal: Ligninabbau ohne Celluloseanteil zu affekten
• Limitierung: sehr langsam!!! und dadurch auch teuer

Question 22

Was ist immer der letzte Schritt?

Answer 22

Enzymatische Hydrolyse&raquo_space; wird komplett von MOs gemacht

Question 23

Was sind einige Enzyme bei der enzymatischen Hydrolyse und was machen sie?

Answer 23

(1) Endoglucanase (EG): break
(2) Cellobiohydrolase (CBH): Cleave
(3) Beta-Glucosidase (BG): Glucose Produktion
(4) Lytic Polysaccharide Monooxygenase (LPMO)

Question 24

Was ist das wichtigste Enzym bei der enzymatischen Hydrolyse?

Answer 24

Beta-Glucosidase: sie muss schnell arbeiten sonst kann es zur Bildung von Inhibitoren kommen