NV rapport
Fremstilling af bioethanol
Respiration hos gær
Indholdsfortegnelse
Indledning: ................................................................................................................................................................................... 2
Formål: ........................................................................................................................................................................................... 2
Hypotese: ...................................................................................................................................................................................... 2
Teori: .............................................................................................................................................................................................. 2
Resultater: .................................................................................................................................................................................... 3
Ethanolindhold i % ................................................................................................................................................................... 4
Energiudvikling - respiration hos gær .............................................................................................................................. 5
Diskussion: ................................................................................................................................................................................... 5
Bioethanol – trin 1: ................................................................................................................................................................... 5
Energiudvikling hos gær: ....................................................................................................................................................... 5
Bioethanol - trin 2: .................................................................................................................................................................... 6
Bioethanol – trin 3: ................................................................................................................................................................... 6
Bestemmelse af ethanolindholdet: ..................................................................................................................................... 6
Konklusion: .................................................................................................................................................................................. 7
Litteraturliste: ............................................................................................................................................................................. 7
Side 2 af 7
Indledning: I USA kører flere og flere biler på sprit, fremstillet ud fra majs og majsstængler. I
Danmark forskes der i øjeblikket i mulighederne for at udvinde sprit af halm. Det er cellulose-
indholdet i halmen, som kan omdannes til druesukker, glucose, ved hjælp af enzymer. Deref-
ter kan druesukkeret omdannes til sprit, ethanol, ved en gæringsproces. Spritten frigøres fra
reaktionsblandingen ved en destillation, og kan derefter hældes på biler som brændstof, men
vi udnytter derfor, at der stadig er meget ATP tilbage i ethanolen efter gæringen, som kan ind-
gå i en forbrænding.
Halm indeholder ca. 70 % cellulose, men det er vanskeligt tilgængeligt, så forskningsindsatsen
fokuseres på at udvikle metoder til at frigøre cellulosen fra halmen.
Formål: Formålet er at fremstille bioethanol ud fra toiletpapir samt at undersøge ved hvilken
temperatur, gærcellerne er mest aktive.
Hypotese: Vi ved at gærcellen er en encellet svamp, som er eukaryot, Eukaryot celler har en
cellekerne ligesom os mennesker. Når vi samtidig ved, at menneskekroppen har det bedst ved
37-38 grader, tror vi, at gærcellerne også har det bedst ved denne temperatur.
Teori: Kroppen har brug for kulhydrater for at dens energistofskifte skal
kunne fungere helt optimalt.
Kulhydrater som består af en kulstofring, kalder man for monosakkarider. Et
af de vigtigste monosakkarider er glukose, som er det, vi kender som drue-
sukker.
Oligosakkarider er kulhydrater med 2-10 kulstofringe, som fx laktose, som vi
kender som mælk. Disakkarider er en form af oligasakkarider.
Kulhydrater med 11 og op til flere tusinde kulstofringe er polysakkarider. Det er stivelse, som
vi kender igennem kartofler, ris, pasta og det findes også i kostfibrene. Kostfibre som fx cellu-
lose er meget sunde, fordi de ryger lige igennem fordøjelsessystemet, da vi ikke har de enzy-
mer, som skal nedbryde dem. De giver blot energi og modvirker tarmkræft.
Cellulose er dog anderledes i forhold til stivelsesmolekyler, idet de er anderledes opbygget.
Oxygen-atomerne ligger skiftevis i forhold til hinanden, at det gør, at strukturen virker langt
mere stærk i forhold til stivelse, hvor strukturen ligger som en spiral.
Fotosyntesen er grundlæggende biologisk proces for alt liv på jorden. Fotosyntesen foregår i
plantecellens grønkorn, og den kræver lys, kuldioxid og vand. Ved hjælp af lysenergien reage-
re kuldioxid og vand og danner glukose og ilt. Den primære dannelse af kulhydrater sker ved
fotosyntese i bladene med sollys som energikilde.
Reaktionsskema for fotosyntese:
6 CO
2
(g)
+ 6 H
2
O(aq) + lysenergi C
6
H
12
0
6
(f)+ 6 O
2
(g)
Dette er relevant i forhold til vores forsøg, da vi bruger toiletpapir, som bliver produceret fra
et træ.
Kulhydrater laves om til ATP, som er et energimolekyle, gennem respiration.
Side 3 af 7
Som direkte modsætning til fotosyntesen findes respirationsprocessen. Respiration er en pro-
ces, hvor organisk materiale reagerer med oxygen under frigivelse af energi og dermed dan-
ner
Respiration sker både om dagen og natten, hvor fotosyntesen kun sker om dagen ved
sollys. Respiration, som sker ved menneskers ånding, kan også kaldes for forbrænding, når
kroppen fx forbrænder alkoholen i kroppen. Respiration er en aeoeb forbrænding, da ilt ind-
går i processen.
Reaktionsskemaet for respiration ser således ud:
C
6
H
12
O
6
(s) + 6 0
2
(g) 6 CO
2
(g) + 6 H
2
0(aq)
Bioethanol bliver fremstillet af polysakkarider. Det kan bade være I form a cellulose, sukker-
rør og andre stivelsesholdige planter. Polysakkarider skal nedbrydes for at kunne gæres. Det-
te gøres ved at tilsætte enzymer, som går ind og angriberne polysakkaridernes oxygen-
bindinger, som binder kæbeleddene sammen, og nærmest klipper dem over.
Vi står nu tilbage med monosakkarider - glukose.
Derefter omdanner vi druesukkeret til sprit ved en gæringsproces.
Nu er vi tilbage med ethanol og carbondioxid ,
En gæring er en kemisk proces som sker, når der ikke er ilt til stede. Dette kaldes er anaerob
forbrænding. Ved en gæring produceres der ikke så meget ATP, som der ville blive dannet ved
en respiration.
Resultater:
y = 0,1558x
R² = 0,999
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
25
Areal af ethanoltop
Ethanolindhold i %
Areal af ethanoltop
Areal af ethanoltop
Lineær (Areal af
ethanoltop)
Side 4 af 7
Ud fra standartkurven kan vi aflæse og udregne vores ethanolkoncentration i vores fremstil-
lede bioethanolopløsning.
Ethanolindhold i %
x =
Ethanol indholdet er 0,2926829 %
Ud fra vores volume, som vi bestemte i trin 4, har vi beregnet hvor mange mL ren bioethanol
vi fremstillede. Og ud fra det også hvor mange gram ethanol, som vi har fremstillet.
V(sprit/vand) = 10,5 ml
= 0,03045 mL ren ethanol
g ethanol er der fremstillet.
Der kan teoretisk dannes 1,02 h ethanol ud fra 2,00 g cellulose. Ud fra dette har vi beregnet
det praktiske udbytte af bioethanol i procent af det teoretiske mulige, idet vi antog 100% af
toiletpapiret er celloluse.
ethanol har vi dannet af det praktiske mulige udbytte.
Det praktiske udbytte er ikke så præcist som det teoretiske.
Side 5 af 7
Energiudvikling - respiration hos gær
Diskussion:
Bioethanol – trin 1:
Ved første trin af fremstillingen af bioethanol nedbrød enzymerne vores kulhydrater, cellulo-
se og omdannede det til druesukker.
For at cellulosen kunne nedbrydes, tilsat vi 2 mL af enzymet celluclast. Celluclast er et enzym,
der angriber vores cellulosekæder ved de oxygenatomer, som binder kædeleddene sammen.
Den nærmest klipper celluloseleddene i stykker til monosakkarider. For at forbedre cellucla-
stens arbejdsbetingelser tilsatte vi også en pufferopløsning. Pufferopløsningen skulle i vores
forsøg holde væsken sur, idet celluclast fungerer bedst ved en pH-værdi omkring 4,0-6,0.
Link til celluosekæde:
http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101/consumer/images/cellulose.gif
Energiudvikling hos gær:
Ud fra vores graf kan vi se, at gærcellerne har det bedst omkring 40-50°C. Dette giver ikke
særlig meget mening, fordi gærceller jo er eukaryote celler og altså burde have det bedst om-
kring 37-38°C.
Vores hypotese kan delvis bekræftes. Vores resultater ved 40°C er rigtig gode, og bekræfter
vores hypotese om, at gærceller fungerer bedst ved omkring 37-38°. Det der modsiger vores
hypotese er, at gærcellerne har det overraskende godt ved 50°C. Dette vil altså være en fejl-
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
-0 25
Antal bobler i minuttet
minutter
5 grader
10 grader
20 grader
25 grader
30 grader
40grader
50 grader
60 grader
70 grader
Side 6 af 7
kilde, da temperaturen ikke kan have været 50° grader, men lavere, da vi ved, at gærcellerne
ville dø ved 50°.
Bioethanol - trin 2:
I dette forsøg omdannes glucose til sprit ved hjælp af en
gæringsproces.
Vi holder temperaturen nede på 30°C, fordi hvis den blev på
50°C, ville vi dræbe gærcellerne.
Inden vi tilsatte gæren neutraliserede vi vores opløsning med en NaOH-opløsning, så opløs-
ningen får en pH-værdi på cirka 7. Den skal opløses, fordi gærceller ikke gærer, hvis det er i en
sur eller basisk opløsning.
Nu sker gæringen vha. næringsstofferne og gær og følgende reaktionsskema sker:
Vi sætter temperaturen til 40 grader, da vi i forsøget ”energiudvikling hos gær” fandt ud af, at
det var ved den temperatur, aktiviteten ville være højest.
Bioethanol – trin 3:
Vi destillerede blandingen for at udvinde sprittet fra blandingen. Sprit har et kogepunkt på
78°C, og det kan derfor sorterede fra vandet, som har et kogepunkt på 100°C. Det kan dog ikke
helt 100% adskilles fra vandet, og derfor brugte vi en gaschromatograf for at bestemme den
præcise ethanolmængde.
Der findes to forskellige generationer af bioethanol:
1. generations bioethanol er hvor man laver alkohol direkte af landbrugsafgrøder, som hvede
og sukkerrør. Første generations bioethanol regnes generelt ikke som så bæredygtig som 2.
generations bioethanol, da det ”stjæler” jord, der ellers kunne bruges til mad til mennesker
eller foder til dyr.
Vi har i vores forsøg anvendt 2. generations bioethanol, idet vores toiletpapir er fremstillet af
affaldsprodukter og ikke råvarer, som kan bruges til at brødføde mennesker.
2. generations bioethanol er lavet på rester fra jordbruget, som ikke anvendes til noget - altså
affaldsprodukter. Det kan være halm, majsstokke, savsmuld og bladene fra sukkerrør.
Bestemmelse af ethanolindholdet:
I vores forsøg fik vi udvundet g ethanol, som svarer til en udbytteprocent på
ud af de teoriske mulige udbytte.
Chromatogrammet viser os 2 ting: Den første bølgetop er ethanolindholdet og 2 bølgetop er
Side 7 af 7
H
2
O indholdet. Ved destillationen kunne det ikke undgås, at man destillerede vand med, og
ved chromatogrammet adskillede man de 2 ting fra hinanden.
Dette kunne man gøre, da ethanol og vand har forskellige kogepunkter. Chromatogrammet
varmer vores væske op på 90°, hvor ethanolen vil starte med at fordampe.
Herefter vil vandet fordampe, som vises som den 2. Bølgetop, og den er væsentlig højere end
ethanolbølgetoppen, da størstedelen af vores væske består af vand.
Vi har arbejdet med kvantitativ data i for, af målinger i tal og enheder.
Konklusion:
Vi kan hermed konkludere, at fremstilling af bioethanol af toiletpapir er opnået problemfrit,
da vi har fået 2,36% bioethanol. Vi kan også bekræfte min hypotese, da vi har fundet ud af, at
gær har det bedst ved en temperatur på 37-38°. Ved for en høj temperatur dør gæren og ved
en for lav temperatur går processen meget langsom.
Litteraturliste:
http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Kemi/Organisk_kemi_og_stoft
yper/kulhydrater/kulhydrater_(Kulhydrater_i_planter)
Faktaside Fotosyntese respiration og vækst 122 - 123
http://prydhaven.blogspot.dk/2010/06/respiration-og-fotosyntese-hos-planter.html