Hvordan man gør det nemmere at omdanne planteaffald til biobrændstoffer

Forskere har udviklet en ny proces, der kan gøre det meget billigere at producere biobrændstoffer som ethanol fra planteaffald og reducere afhængigheden af ​​fossile brændstoffer.

Deres tilgang, med et ammoniak-saltbaseret opløsningsmiddel, der hurtigt forvandler plantefibre til sukker, der er nødvendige for at fremstille ethanol, fungerer godt ved tæt på stuetemperatur, i modsætning til konventionelle processer, ifølge en Rutgers-ledet undersøgelse i tidsskriftet Grøn Kemi .

"Vores forbehandlingssystem kan reducere-op til 50 gange-brugen af ​​enzymer til at omdanne opløsningsmiddelbehandlet cellulose (plantefibre) til glukose (et sukker), der bruges til at fremstille bioprodukter som ethanol, " sagde hovedforfatter Shishir P. S. Chundawat, en adjunkt i afdelingen for kemi- og biokemisk teknik på School of Engineering ved Rutgers University-New Brunswick. "Lignende processer kan i høj grad reducere omkostningerne ved at producere biobrændstoffer fra affaldsbiomasse som majsstængler og blade."

Opløsningsmidlet kan også ekstrahere mere end 80 procent af ligninen i planteaffald. Lignin, som binder til og styrker plantefibre, kunne bruges til at hjælpe med at opgradere værdifulde aromatiske kemikalier i fremtiden, ifølge Chundawat. Forskningen havde fordel af samarbejdsindsats og adgang til et højteknologisk Bio-SANS-instrument ved Oak Ridge National Laboratory til analyse af, hvordan komplekse biologiske systemer som planteaffald reagerer under behandling for bedre at forstå, hvordan cellulose opløses på molekylært niveau.

Majsstængler, blade og andre rester (kaldet majsstove) og switchgræs, for eksempel, har tætpakkede cellulosemikrofibriller, som er små tråde tyndere end fibre. Mikrofibriller er vanskelige at nedbryde ved hjælp af enzymer eller mikrober, gør det svært at omdanne mange plantebaserede materialer i biomasse til biobrændstoffer eller biokemikalier. Biomasse omfatter mikrobielle, plante- eller animalsk afledte materialer, der bruges til produktion af vedvarende energi og industrielle processer.

For at fremskynde omdannelsen af ​​cellulose til sukkerarter som glucose med enzymer kræves egnede opløsningsmidler eller varme- og/eller kemisk baserede forbehandlinger. I de sidste 150 år, flere opløsningsmidler, der kan nedbryde cellulosefibre, er blevet undersøgt. Men de fleste opløsningsmidler forbliver dyre eller kræver ekstreme intervaller af driftstryk eller temperaturer for at være effektive.

Det ammoniak-saltbaserede opløsningsmiddelsystem fremskynder omdannelsen af ​​cellulose til sukker ved hjælp af enzymer. Det kan reducere omkostningerne ved produktion af biobrændstoffer kraftigt, fordi enzymer kan tegne sig for omkring 15 til 20 procent af omkostningerne ved at lave biobrændstoffer som ethanol fra biomasse.

Næste trin vil være at optimere forbehandlingsprocessen for biomasse som majskomfur, kommunalt fast affald og bioenergiafgrøder som skiftegræs og poppel, der kunne omdannes til brændstof, samtidig med at der udvikles mere robuste enzymer for yderligere at reducere omkostningerne, ifølge Chundawat.