Browsing by Subject "bioetanoli"
Now showing items 1-3 of 3
-
(2019)Nykyinen jälkiteollinen ihmiskunta tuottaa energiansa pääasiassa fossiilisilla polttoaineilla. Pariisin ilmastosopimuksen osapuolet sitoutuivat pitämään ilmaston lämpenemisen alle kahdessa celsiusasteessa verrattuna esiteolliseen aikaan ja muuttamaan energiantuotantotapojaan. Yhtenä ratkaisuna nähdään uusiutuvat energianlähteet, joita kuuluvat muun muassa biopolttoaineet. Bioetanoli on maailmanlaajuisesti käytetyin liikenteen biopolttoaine, jonka tuotanto on huomattavasti kasvanut 1980-luvulta lähtien. Tällä hetkellä bioetanolia tuotetaan etupäässä ruoantuotannon kanssa kilpailevista sokeri- ja tärkkelyspitoisista viljelykasveista, mutta niin kutsuttujen toisen sukupolven biopolttoaineiden tuotanto olisi ihmiskunnan ja maapallon kannalta kestävämmällä pohjalla. Toisen sukupolven bioetanolia valmistetaan kasvi- ja puupohjaisesta jätemateriaalista, kuten maa- ja metsätalouden sekä elintarviketeollisuuden jätteistä. Aikaisemmissa tutkimuksissa hyväksi lignoselluloosan ja puuperäisten jätteiden hajottajaksi ja monipuoliseksi entsyymien tuottajaksi tunnistettu, valkolahottajiin kuuluva kääpämäinen kantasieni rusorypykkä Phlebia radiata kykenee samanaikaiseen kiinteän kasvualustan hajotukseen ja etanolifermentaatioon. Tämän vuoksi rusorypykän etanolin tuottoa ja siihen liittyviä perusaineenvaihduntareittejä haluttiin tutkia tarkemmin. Sienen rihmastoa kasvatettiin jätelignoselluloosamateriaaleilla hapettomiksi muuttuvissa fermentaatio-olosuhteissa. Etanolin tuoton ja kasvualustan pilkkoutumisen lisäksi tutkittiin käänteistranskription kvantitatiivisella PCR-reaktiolla lignoselluloosan hajotukseen ja etanolifermentaatioon liittyviä entsyymejä koodaavia geenejä ja näiden geenien ilmentymistä eri kasvuaikapisteissä. Tulosten perusteella havaittiin rusorypykän tuottavan noin 13,5 massa-% etanolia kasvualustan hiilihydraattien sokeripitoisuuden perusteella lasketusta teoreettisesta maksimiarvosta. Lignoselluloosan hajotukseen ja etanolin fermentointiin oleellisesti liittyvien entsyymien geenit ilmentyivät kasvatusten aikana jätelignoselluloosalla tilastollisesti merkitsevin eroin eri aikapisteissä, mikä osoitti hajotustoiminnan, rihmaston kasvun ja etanolin tuoton olevan muuttuvia ja toisiinsa vaikuttavia prosesseja. Sieni pystyi hyödyntämään kiinteää kasvualustaansa irrottaen siitä käyttöönsä sokereita. Rihmaston kasvusta ja elävästä sienibiomassasta viitteitä antavaa ergosterolia havaittiin koko kuukauden pituisen kasvatuksen ajan. Lisäksi kaasukehässä havaittiin odotettuja fermentaatiomuutoksia, kuten hiilidioksidin kertymistä, ja happikaasu oli neljässä viikossa lähes kulutettu loppuun. Tulosten perusteella rusorypykkä osoittautui tehokkaaksi jätelignoselluloosan pilkkojaksi ja kestäväksi etanolin tuottajaksi. RNA-eristys kiinteältä kasvualustalta sekä aineenvaihduntageenien ilmentymisen analysointi RT-qPCR-menetelmällä mahdollistivat rusorypykän transkriptomin jatkotutkimuksen geenien säätelyn selvittämiseksi fermentoivissa ja lähes hapettomissa olosuhteissa.
-
(2018)Fossiilisilla polttoaineilla on nykyaikana edelleen suuri rooli energian ja kemiallisten yhdisteiden tuotannossa. Ilmastonmuutoksen, terveysriskien, ympäristön hyvinvoinnin ja geopoliittisten konfliktien takia on kuitenkin kehitettävä vaihtoehtoisia uusiutuvista materiaaleista tuotettuja biopolttoaineita. Yksi mahdollinen vaihtoehto on käyttää ravinnoksi kelpaamatonta kasvijäteperäistä lignoselluloosaa energian tuotantoon. Jotta lignoselluloosaa voitaisiin hyödyntää energian lähteenä, tarvitaan sitä hajottavia ja muokkaavia entsyymejä sekä yhdisteitä. Kääpäsienet pystyvät tuottamaan kyseisiä entsyymejä luonnostaan, mikä tekee niistä mielenkiintoisia tutkimuskohteita bioteknisiin sovelluksiin kuten biopolttoaineiden tuottoon tähtäävissä tutkimuksissa. Tässä tutkielmassa tutkittiin kahden eri kääpäsienen, rusorypykän (valkolahottaja) ja kantokäävän (ruskolahottaja), sekä niiden yhdistelmäkasvatuksen kykyä tuottaa lignoselluloosaa hajottavia yhdisteitä, polysakkaridien hydrolysointikykyä sekä mahdollista sokerien fermentaatiota jätelignoselluloosamateriaalilla (hylsypahvi) semi-aerobisissa olosuhteissa kasvaessaan. Kolmea eri lignoselluloosan pääkomponenttia (selluloosaa, hemiselluloosaa ja ligniiniä) hajottavien entsyymien pitoisuudet määriteltiin spektrofotometrisesti viikoittain kuuden viikon kasvatuksen ajalta. Entsyymiaktiivisuuksien lisäksi lignoselluloosan rakenteeseen vaikuttavan oksaalihapon pitoisuus ja kasvuliemen pH-arvot määritettiin kasvatuksista. Sienten kykyä fermentoida vapautuneita sokereita etanoliksi tutkittiin määrittämällä hylsypahvimateriaalista vapautuneiden sokerien ja tuotetun etanolin pitoisuudet. Geenien ilmentymistä rusorypykän kasvaessa hylsypahvimateriaalilla tutkittiin RT-qPCR–analyysillä, johon valittiin kaksitoista lignoselluloosan hajotukseen/muokkaukseen osallistuvaa geeniä rusorypykän genomista. Näiden geenien suhteelliset ilmentymistasot hylsypahvikasvatuksissa verrattuna vertailukasvatuksiin (glukoosialusta) määritettiin viikon kaksi aikapisteestä. Rusorypykkä tuotti yksin kasvaessaan korkeimmat oksidoreduktaasi sekä β-glukosidaasi-aktiivisuudet. Kantokääpä tuotti hyvin alhaisia entsyymiaktiivisuuksia verrattuna valkolahottavaan rusorypykkään. Molempien kääpäsienten yhdistelmäkasvatuksessa oksidoreduktaasiaktiivisuudet jäivät alhaisiksi, mutta ksylanaasiaktiivisuudet nousivat tasaisesti korkeisiin pitoisuuksiin. Kaikissa kasvatuksissa, lukuun ottamatta kantokäävän hylsypahvikasvatusta, havaittiin oksaalihapon tuottoa ja siitä johtuvaa pH:n madaltumista. Rusorypykkä tuotti hylsypahvimateriaalista vapautuneista sokereista etanolia toisella viikolla yksin kasvaessaan sekä yhdistelmäkasvatuksessa. Rusorypykän puumateriaalin hajotukseen osallistuvat geenit ilmentyivät kierrätysperäisellä lignoselluloosa-alustalla semi-aerobisissa ilmakehäolosuhteissa. Selluloosaa ja hemiselluloosaa hajottavia entsyymejä koodaavat geenit olivat merkitsevästi up-reguloituja hylsypahvialustalla glukoosialustaan verrattuna. Ligniinin muokkaukseen osallistuvien geenien säätelyssä oli enemmän vaihtelua. Tutkimukseni osoittaa, että sekä rusorypykkä, että kantokääpä pystyvät kasvamaan lignoselluloosapohjaisella jätemateriaalilla ja tuottamaan kyseistä materiaalia hajottavia entsyymejä sekä muita yhdisteitä, joilla voidaan muokata erittäin kestävää ja näin ollen ongelmallista lignoselluloosamateriaalia. Valkolahottavan rusorypykän avulla on mahdollista hydrolysoida jätemateriaalia sekä fermentoida irronneita sokereita edelleen etanoliksi samassa prosessissa.
-
(2012)Maailmanlaajuinen biopolttoaineiden tuotanto on kasvanut jatkuvasti tällä vuosituhannella. Biopolttoaineet on nähty keinona ehkäistä ilmastonmuutosta, vähentää liikenteen riippuvuutta fossiilisista öljyvaroista ja edistää maaseudun kehitystä. Kannustavana tekijänä ovat toimineet viralliset edistämistoimenpiteet, jotka ovat luoneet edellytykset sekä kysynnän että tarjonnan kasvamiseen. Positiivisten odotusten vastakaiuksi on muodostunut huoli biomassojen tuotannon kestävyydestä ja vaikutuksesta ruokaturvaan. Tässä tutkimuksessa käsitellään Yhdysvaltojen, Brasilian ja Euroopan unionin biopolttoainemarkkinoiden hintavaihtelua ja hintaan vaikuttavia tekijöitä. Tarkastelun kohteena ovat pellonkäytön kannalta kansainvälisessä kaupassa liikkuvat olennaisimmat bioenergiatuotteet, eli liikennekäyttöön tarkoitetut nestebiopolttoaineet; bioetanoli ja biodiesel. Näihin kysymyksiin vastataan kirjallisuuden ja empiirisen ekonometrisen mallintamisen pohjalta. Tutkimuksen teoreettinen viitekehys perustuu hintateoriaan ja tutkimusmenetelmänä käytetään ekonometristä estimointia. Tässä tutkimuksessa estimoitiin Brasilian bioetanolin, Yhdysvaltojen bioetanolin ja biodieselin markkinahintojen kehitys. Aineistot estimoitiin klassisen pienimmän neliösumman menetelmällä. Tutkimuksessa rakennettiin yksinkertaisia ekonometrisia malleja, joilla voidaan kuvata bioetanolin ja biodieselin hintavaihteluita. Mallit rakennettiin kirjallisuuden ja hintateorian perusteella. Yhdysvaltojen bioetanolin selittäviksi tekijöiksi valittiin maissin hinta, raakaöljyn hinta, bensiinin hinta, maakaasu hinta, katetuotto ja politiikan ohjelmakausi dummy-muuttujana. Yhdysvaltojen biodieselin selittäviksi tekijöiksi valittiin soijaöljyn hinta, raakaöljyn hinta, dieselin hinta, metanolin hinta, soijaöljyn nettokustannukset ja politiikan ohjelmakausi dummy-muuttujana. Brasilian bioetanolin selittäviksi muuttujiksi valittiin sokerin hinta, raakaöljyn hinta, bensiinin hinta, nestekaasun hinta ja politiikan ohjelmakausi dummy-muuttujana. Yhdysvaltojen bioetanolin hintaa kuvaavan log-lineaarisen mallin selittävistä muuttujista kaikki muuttujat olivat tilastollisesti merkitseviä paitsi raakaöljyn hinta. Yhdysvaltojen biodieselin hintaa kuvaavan log-lineaarisen mallin selittävistä muuttujista ainoastaan raakaöljyn hinta oli tilastollisesti merkitsevä. Brasilian bioetanolin hintaa kuvaavan log-lineaarisen mallin selittavistä muuttujista sokerin hinta, bensiinin hinta ja politiikan ohjelmakausi olivat merkitseviä. Kaikissa näissä malleissa autokorrelaatiota pyrittiin vähentämään Cochrane-Orcuttin menetelmää hyödynhtämällä. Heteroskedastisuutta pyrittiin vähentämään käyttämällä apuna Whiten korjattuja keskivirhe-estimaatteja. Tutkimuksessa saadut joustokertoimet olivat pieniä, mikä kertoo markkinoilla tapahtuvien hinnan muutosten vaikuttavan suhteessa vähemmän biopolttoaineiden hintoihin. Poikkeuksen tekee Brasilian bioetanolin hintaa kuvaavan log-lineaarisen mallin bensiinin joustokerroin (2,62), mikä kertoo bioetanolin hintavaihteluiden olevan melko joustavia bensiinin hinnassa tapahtuviin muutoksiin.
Now showing items 1-3 of 3