Получение низкомолекулярных спиртов

Возможность широкого использования низших спиртов — мета-иола, этанола, бутанола, бутандиола, а также ацетона и других раство­рителей — в качестве моторного топлива для двигателей внутреннего сгорания и дизельных двигателей вновь вызвала большой интерес к получению перечисленных соединений биокоиверсией из раститель­ной биомассы.

Смесь этилового или метилового спирта с бензином в соотношении 10: 90 или 20: 80 под коммерческим названием «Газохол» уже

широко применяется в ряде стран для автомобильного транспорта. На сегодняшний день перед учеными стоит конкретная задача по разра­ботке конкурентоспособной промышленной технологии производства этанола для технических целей методами биокоиверсии. Метиловый спирт предполагается производить из биомассы методом термохими­ческой конверсии. Бутаиол и бутаидиол — хорошие заменители мазу­та, их также добавляют в качестве присадок к спиртово-беизииовым смесям для лучшего смешивания спиртов и углеводородов.

Микробиологическое получение этилового, бутилового спиртов и бутандиола из углеводов достаточно хорошо изучено и имеет много­летний промышленный опыт.

Этиловый спирт обычно получают из гексоз с помощью брожения, вызываемого дрожжами:

С_бН₁₂О₆ -> 2СН₃СН₂ОН + 2СО₂

В качестве сырья используются меласса (отходы сахарного произ­водства), зерновой, картофельный или кукурузный крахмал, который предварительно осахаривается.

Этиловый спирт образуют также в большом количестве бактерии, например, из рода Zymomonas (Z. mobilis, Z. anaerobica), Sarcina ventriculi и Erwinia amylovora. Продуцентами этанола могут высту­пать и клостридии, к их числу относятся С/, thermocellum и С/, thermo-hydrosulphuricum. В последнее время эти микроорганизмы интенсив­но изучают, так как некоторые из них способны использовать в каче­стве сбраживаемого субстрата не только крахмал, но такой непищевой и дешевый продукт, как целлюлоза. Бутиловый спирт и ацетон в про­мышленности также получают с помощью клостридии.

Использование этанола и бутанола как моторного топлива требу­ет их промышленного производства в объеме десятков миллионов тони. Первая задача, которую необходимо решать в связи с поставленной целью, — это выбор непищевого, дешевого, массового и легко конвер­тируемого сырья.

В некоторых странах (например, в Бразилии) для производства технического этанола используют отходы сахарного тростника — ба-гассу, в других странах — маниок, батат, сладкое сорго, топинамбур. Указанные культуры являются представителями южных растений. Для стран с умеренным климатом и с большими лесными массивами дешевым сырьем для крупнотоннажного производства спиртов слу­жит древесина. Последняя может использоваться как сырье при усло­вии разрушения структурных связей лигнина с целлюлозой и гидро­лиза последней до гексоз, т. е. требуется определенная химическая или биохимическая предобработка. Это сдерживает широкое ее при­менение для получения спиртов, хотя в ряде стран, в первую очередь в России, в течение многих лет существует промышленное производ­ство этилового спирта путем брожения гидролизатов древесины. Та­кой способ основан на кислотном или щелочном гидролизе сырья до

гексоз, которые далее сбраживаются дрожжами до этанола. Но такая технология достаточно энергоемкая и требует использования корро-зиошю-устойчивого оборудования (основное препятствие ее широко­го распространения).

Для возможного применения древесины в целях получения био­продуктов в настоящее время интенсивно разрабатываются различ­ные технологии деструкции лигиоцеллюлоз: механические (размалы­вание), физические (у-облучение), физико-химические (паровой взрыв, или парокрекииг), химические (гидролиз), биологические (фермента­тивный гидролиз) и различные комбинации перечисленных методов. К наиболее перспективным следует отнести сочетание парокрекипга с ферментативным гидролизом — это предварительная обработка лигиоцеллюлоз или гемицеллюлоз паром при высокой температуре и высоком давлении, при котором происходят взрыв кристаллических структур указанных субстратов и отделение лигнина от целлюлозы с последующим гидролизом клетчатки целлюлозолитическими фермен­тами. К растительным материалам, используемым для гидролитиче­ского получения сахара с последующей их биоконверсией в спирты, относят различные виды отходов лесопиления и деревообработки, сель­скохозяйственного производства (солома, хлопчатник, кукурузная кочерыжка, подсолнечная лузга, костра льна, конопли, кенафа), трост­ник, малоразложившийся торф.

Из одной тонны древесины можно получить до 170 — 180 л этано­ла и 40 кг биомассы дрожжей, из тонны картофеля — 100 л этанола, из тонны зерна ржи — до 270 л этилового спирта. Перспективным для использования целлюлозы в качестве сырья для получения самых разных продуктов является ферментативный гидролиз, осуществляе­мый комплексами целлюлаз и гемицеллюлаз, продуцируемых некото­рыми грибами и бактериями. Он протекает при 40 — 60 °С и рН — 4,0 — 7,0, не требует больших энергозатрат и коррозионно-стойкого оборудования. Использование липюцеллюлозы для получения эта­нола и других спиртов, а также иных органических соединений от­крывает широкие возможности не только по производству моторных топлив, но и по созданию важной сырьевой базы для промышленного оргаиохимического синтеза, например, искусственного каучука по мето­ду Лебедева.