The enzymatic hydrolysis of waste paper - a source of raw materials for production of liquid biofuels

Diplomová práce pojednává o procesu enzymatické hydrolýzy odpadní papíroviny jako zdroje pro výrobu kapalných biopaliv. Navazuje bezprostředně na stejnojmennou diplomovou práci Ing. Brummera, je jejím pokračováním a vychází z poznatků, které byly v předchozí práci vyřešeny a rozhodnuty. V teoretické části jsou shrnuty základní informace o enzymatické hydrolýze odpadní papíroviny a s tím související vlivy různých faktorů na rychlost a stupeň hydrolýzy. Zvýšená pozornost je věnována odpadní lepence a metodám její předúpravy s ohledem na maximalizaci výtěžku hydrolýzy. Další část shrnuje možnosti fermentační výroby biopaliva se zaměřením na metodu simultánní sacharifikace a fermentace, u které je podrobněji diskutován výběr vhodného mikroorganismu pro etanolové kvašení. Poslední část je věnována návrhu technologického postupu od vstupu suroviny až po separaci vzniklého etanolu. V experimentální části byla zkoumána předúprava odpadní papíroviny za účelem maximalizace efektivity hydrolýzy. Nejlepších výsledků bylo dosaženo za použití vibračního mlýna. Dále byly optimalizovány jednotlivé parametry simultánní sacharifikace a fermentace za použití enzymů společnosti Novozymes® a kvasinek Saccharomyces cerevisiae. Byla sledována míra přeměny celulózy obsažené v odpadní papírovině na redukující sacharidy spektrofotometrickou metodou dle Somogyi – Nelsona a množství vznikajícího etanolu bylo kvantifikováno za pomoci HPLC/RI. V rámci práce byly optimalizovány podmínky (množství enzymů, substrátu, živin, kvasinek, teplota, pH, druh pufru) s ohledem na maximalizaci efektivity celkového procesu. Veškeré experimenty byly prováděny na vlnité lepence, která byla zvolena v diplomové práci Ing. Brummera jako nejperspektivnější materiál k hydrolýze patřící mezi odpadní papírovinu.In diploma thesis the process of enzymatic hydrolysis of waste paper as a source for the production of liquid biofuels is discused. It follows directly the homonymous diploma thesis from Ing. Brummer, and it is based on the findings, which were solved and decided in previous work. In the theoretical part there is a summarization of basic information on the enzymatic hydrolysis of waste paper and the associated influences of various factors of the rate and degree of hydrolysis. Higher attention is paid to a waste cardboard and its pretreatment methods due to the maximalization of the yield of hydrolysis. The next part summarizes options of the fermentative production of biofuels, focusing on the method of simultaneous saccharification and fermentation, where the further appropriate organism for ethanol fermentation is discussed. The last part is about the technological process from the raw material input to the separation of ethanol. In the experimental section the pre-treatment of waste paper in order to maximize the efficiency of hydrolysis was examined. The best results were achieved using a vibratory mill. In addition, various parameters for simultaneous saccharification and fermentation were optimized using enzymes from Novozymes® company and the yeast Saccharomyces cerevisiae. The conversion rate of waste paper cellulose to reducing sugars was observed by spectrophotometric method by Somogyi - Nelson and the amount of produced ethanol was quantified using HPLC / RI. As a part of this thesis some conditions (amount of enzyme, substrate, nutrients, yeasts, temperature, pH, type of buffer) were optimized to maximize the effectiveness of the overall process. All experiments were carried out on corrugated cardboard, which was chosen as the most promising material for hydrolysis that was among the waste paper pulp in diploma thesis by Ing. Brummer.