ضایعات برنج به صورت‌های مختلفی چون برنج نارس و شکسته و با همچنین پوشال و کاه برای تولید سوخت زیستی جزو موارد مناسب در جهان شناخته شده است.
چنانکه برای غلبه بر افزایش مستمر تقاضای انرژی، راه‌حل‌های جایگزین برای سوخت‌های پاک‌تر و سازگارتر با محیط‌زیست نسبت به سوخت‌های فسیلی موجود مورد نیاز است.
مصرف انرژی در سال 2050 تقریباً 70 درصد افزایش خواهد یافت و با افزایش تقاضای کلی انرژی تا سال 2030 تقریبا به 680 کوادریلیون BTU نیاز است که 85 درصد از این تقاضا توسط سوخت‌های فسیلی برآورده می‌شود.
بنابراین آلودگی محیط‌زیست با انتشار گازهای گلخانه‌ای (GHG) با تولید مونوکسید کربن (CO)، اکسیدهای نیتروژن (NOX)، ذرات معلق (PM)، اکسیدهای گوگرد (SOX)، متان و ترکیبات آلی فرار (VOC) ادامه داده می شود.
برای دستیابی به سوخت پاک، زیست توده می‌تواند به‌طور واضح، نقشی محوری به‌عنوان منبع انرژی تجدیدپذیر، با پتانسیل زیادی در تولید سوخت‌های زیستی برای گرما، برق و حمل‌ونقل ایفا کند.
علاوه بر این، سوخت‌های زیستی، کاهش قابل توجهی در NOX، PM و SOX نشان می‌دهند و به کاهش تغییرات آب‌و‌هوایی کمک می‌کنند. در این سناریو، امیدوارکننده‌ترین سوخت‌های زیستی توسط بیواتانول، بیومتان، بیوبوتانول، بیوهیدروژن تولید می‌شوند.
لینگوسلولز
لیگنوسلولز تا حد زیادی جزء اصلی بقایای مزارع مانند باگاس، کاه، پوسته، سبوس است و فراوان‌ترین ماده خام موجود روی زمین است.
این ماده حاوی یک پلیمر معطر (لیگنین) و 80 درصد کربوهیدرات‌های پلیمری است که برای تولید سوخت‌های زیستی مناسب است.
علاوه بر این، از آنجایی که زیست توده زباله کشاورزی فراوانی در سراسر جهان تولید می‌شود، مدیریت نادرست چنین مواد آلی می‌تواند منجر به آلودگی شود.
به عنوان مثال، سوزانده شدن زیست‌توده در فضای باز منجر به از دست رفتن منابع بالقوه در دسترس برای تولید سوخت می‌شود.
در واقع، زیست توده لیگنوسلولزی تولید شده سالانه از نظر تئوری معادل 50 x 103 Tg نفت است.
در میان تعدادی از بین باقیمانده‌های مختلف نشاسته‌ای و لیگنوسلولزی، زیست توده ضایعات برنج به عنوان یکی از فراوان‌ترین و امیدوارکننده‌ترین مواد اولیه معرفی شده است.
در سطح جهان، برنج بعد از گندم، دومین غله غذایی پرتولید است و سالانه حدود 972 Tg زباله تولید می‌کند. شایان ذکر است، فرآوری محصول برنج منجر به ترکیبی منحصربفرد از جریان‌های ضایعات لیگنوسلولزی و نشاسته‌ای می‌شود که تا حد زیادی در نزدیکی محل آسیاب موجود است.
به این ترتیب، تنوع پیچیده ترکیب یکی از چالش‌هایی است که هنوز در سطح صنعتی برای بهره‌برداری کامل از تمام محصولات جانبی برنج در سوخت‌های زیستی با آن مواجه است.
فرایندهای تولید سوخت‌زیستی
سوخت‌های زیستی از ضایعات برنج را می‌توان در واقع از طریق مسیرهای ترموشیمیایی و همچنین بیوتکنولوژیکی به دست آورد.
علاوه بر این، ترکیب فرآیندهای ترموشیمیایی و بیوتکنولوژیکی می‌تواند یک پلتفرم ترکیبی باشد که در عین کاهش ضعف‌های مسیرهای مستقل ترموشیمیایی و بیوتکنولوژیکی، مزیت‌ها را به دست می‌آورد.
فرآیندهای ترموشیمیایی در واقع می‌توانند بر مقاومت بی‌توده برنج غلبه کنند و در نتیجه مرحله پیش تصفیه پیچیده و نیاز به فرآیندهای شیرین‌سازی پرهزینه را حذف می‌کنند.
در مقابل، ناپایداری بالای خروجی‌های ترموشیمیایی، عمدتاً در مورد پیرولیز و سمیت معمولاً بالای آن‌ها را می‌توان به خوبی با رویکردهای بیوتکنولوژیکی خاص برای تولید محصولات با ارزش بالا کاهش داد.
با وجود این دیدگاه‌های امیدوارکننده، فرآیندهای ترکیبی ترموشیمیایی-بیولوژیکی (HTB) از جریان‌های ضایعات برنج هنوز گزارش نشده است و می‌تواند یک حوزه تحقیقاتی برجسته در آینده باشد.
بسیاری از فن‌آوری‌های کارآمد ترموشیمیایی برای پردازش ضایعات برنج، مانند تجزیه در اثر حرارت، تبدیل به گاز، احتراق و غیره در دسترس هستند، در حالی که مسیرهای بیوتکنولوژیک کمتر مورد توجه قرار گرفته‌اند و بررسی حاضر بر آخرین رویکردهای بیوتکنولوژیکی اختصاص داده شده متمرکز است.
بسیاری از مقالات، جزئیات ضایعات برنج لیگنوسلولزی را با توجه زیادی به فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی برای تولید سوخت‌های زیستی توصیف کردند.
تولید سوخت‌های زیستی از محصولات جانبی خاص برنج، با تأکید زیادی بر کاه برنج، سروکار دارند، اما این تولید می تواند بر رویکردهای بیوتکنولوژیکی برای تبدیل تمام ضایعات برنج، مانند پوسته برنج (RH)، کاه برنج (RS)، برنج شکسته (BR)، برنج تغییر رنگ داده (DR)، برنج نارس (UR) و سبوس برنج (RB) بررسی شود.
سوخت‌های زیستی مایع و گازی با استفاده از کشت‌های میکروبی خالص یا مخلوط تبدیل می‌شود.
پیش تصفیه زیست توده برنج
پیش تصفیه جریان‌های زباله برنج یکی از مهم‌ترین و تعیین‌کننده‌ترین مراحل برای تبدیل آن‌ها به سوخت زیستی است. این برای جداسازی لیگنین و همی سلولز، کاهش بلورینگی سلولز و افزایش دسترسی به آنزیم‌های هیدرولیتیک ضروری است.
پیش تیمارها باید معیارهایی چون به دست آوردن راندمان بالا در تشکیل قندها به روش شیمیایی، فیزیکی یا آنزیمی و کاهش از دست دادن کربوهیدرات‌ها را به همراه داشته باشند.
برای اطمینان از بهره برداری مقرون به صرفه از ضایعات برنج، بازیابی همه محصولات مشترک بالقوه همراه با محصولات کم ارزش مانند بیواتانول ضروری است.
هنگامی که بقایای سلولزی یا نشاسته‌ای برنج به مونومرها (مانند قندها، اسیدهای آمینه، اسیدهای چرب و غیره) هیدرولیز می‌شوند، می‌تواند به عنوان ماده اولیه برای تخمیر بیولوژیکی یا پردازش شیمیایی برای بلوک‌های ساختمانی شیمیایی مختلف باشد.
نتیجه‌گیری و چشم انداز
توصیف مواد نشاسته‌ای و لیگنوسلولزی باقی‌مانده در سطح جهان نشان داده است که ضایعات برنج، پتانسیل زیادی برای تبدیل شدن به انرژی دارند، بنابراین گیگالیترهای زیادی سوخت زیستی تولید می‌کنند که سهم مهمی در برآورده کردن نیازهای انرژی جهان و کاهش تغییرات آب‌و‌هوایی دارد.
برای بهره برداری کامل، محصولات جانبی برنج نیز می‌توانند به صورت همزمان به مجموعه‌ای از ترکیبات ارزشمند تبدیل شوند (مانند اسیدهای آلی، آنزیم‌ها و مولکول‌های دارویی)
استفاده از ضایعات کشاورزی فراوان به عنوان مواد اولیه تجدیدپذیر برای تولید سوخت‌های زیستی می‌تواند یک استراتژی محوری باشد.
در این میان، برنج یکی از محصولاتی است که بیشترین رشد را دارد و بیش از 4.8 درصد از کل تولید به هدر می‌رود.
اگرچه بررسی‌های قبلی به سوخت‌های زیستی به‌دست‌آمده از برخی ضایعات برنج مربوط می‌شود، اما بیشتر آن‌ها روی بقایای برنج لیگنوسلولزی با توجه زیادی به فرآیندهای حرارتی-شیمیایی متمرکز شده‌اند.
