Команда под руководством Ратгерского государственного университета США разработала новый процесс предварительной обработки биомассы, который мог бы значительно сократить расходы по производству биотоплива (этанола) из растительных отходов и снизить зависимость от ископаемого аналога. Метод по использованию растворителя на основе соли аммиака, который быстро превращает растительные волокна в сахара, необходимые для производства этанола, срабатывает при температуре, близкой к комнатной, в отличие от обычных процессов, согласно статье, размещённой в открытом доступе в журнале «Зелёная химия» ("Green Chemistry").

Наша система предварительной обработки может в 50 раз сократить использование ферментов для превращения обработанной растворителем целлюлозы (растительных волокон) в глюкозу (сахар), используемую для производства таких биопродуктов, как этанол. Подобные процессы могут значительно снизить стоимость производства биотоплива из отходов биомассы, таких как стебли кукурузы и листья.

Ведущий автор Шишир П. С. Чундават

Растворитель также может способствовать извлечению более 80% лигнина из растительных отходов. По словам Чундавата, лигнин, который связывает и обогащает растительные волокна, может быть использован для усовершенствования ценных ароматических химикатов в будущем.

В исследовании использовались совместные усилия и доступ к высокотехнологичному инструменту Bio-SANS в Национальной лаборатории Ок-Риджа для анализа того, как сложные биологические системы, такие как растительные отходы, реагируют во время обработки. Учёные пытались лучше понять, как на молекулярном уровне растворяется целлюлоза.

Стебли кукурузы, листья и другие остатки, например, кукурузная солома, травянистые стебли проса, имеют плотные целлюлозные микрофибриллы, которые представляют собой крошечные пряди, по сруктуре тоньше, чем волокна. Микрофибриллы трудно разрушить с помощью ферментов или микроорганизмов, что затрудняет превращение многих растительных материалов в биомассу.

Для ускорения превращения целлюлозы в сахара, такие как глюкоза, с помощью ферментов, требуются подходящие растворители или предварительная обработка на основе тепла и / или химикатов. За последние 150 лет было исследовано несколько растворителей, которые способны разрушать целлюлозные волокна. Но большинство вариантов остаются дорогостоящими, либо для обеспечения их эффективности требуются экстремальные диапазоны рабочих давлений или температур.

Система растворителей на основе аммиачной соли ускоряет превращение целлюлозы в сахара с помощью ферментов. Это может значительно снизить стоимость производства биотоплива, поскольку ферменты могут составлять от 15% до 20% стоимости производства биотоплива (этанола) из биомассы.

Следующими шагами, по мнению Чундавата, будет оптимизация процесса предварительной обработки биомассы, такой как кукурузная соломка или твердые бытовые отходы и биоэнергетические материалы, например, просо и тополь, которые могут быть превращены в топливо, а также разработка более устойчивых ферментов для дальнейшего снижения затрат.

Ресурсы

Шишир П.С. Чундават, Леонардо да Коста Соуза, Шьямал Рой, Чжи Ян, Шашват Гупта, Рамендра Пал, Чао Чжао, Ши-Сянь Лю, Лукас Петридис, Хью О'Нил и Сай Венкатеш Пингали (2020) «Аммиачно-солевой растворитель способствует деконструкции целлюлозной биомассы в условиях предварительной обработки для обеспечения быстрого производства растворимого сахара при сверхнизкой ферментной нагрузке» Green Chem., 22, 204-218 doi: 10.1039 / C9GC03524A

greencarcongress.com