Fra affaldsmaterialer som flis og majskolber, UD -forskere udvinder sukker, der kan erstatte olie ved fremstilling af tusindvis af forbrugerprodukter. Kredit:Evan Krape/ University of Delaware
Shampooen du vaskede dit hår med i morges. Ballonerne til festen. Køleskabe og solbriller, medicin og myggemiddel, guitarstrenge og fiske lokker. Disse - og tusinder af andre produkter, vi bruger hver dag - indeholder kemikalier fremstillet af råolie. Men forskere ved University of Delaware kan nu tilbyde producenterne et meget sødere alternativ til dette fossile brændstof.
Et UD -forskerhold har opfundet en mere effektiv proces til ekstraktion af sukker fra træflis, majskolber og andet organisk affald fra skove og gårde. Dette biofornyelige råmateriale kunne tjene som et billigere, bæredygtig erstatning for den olie, der bruges til at fremstille ton på ton af forbrugsvarer årligt - varer, som forbrugerne ønsker skal være grønnere. Mere end halvdelen af forbrugerne i USA er villige til at betale mere for miljøvenlige produkter, ifølge GfK MRI's Survey of the American Consumer, rapporteret tidligere i år.
Basudeb Saha, associeret direktør for forskning ved UD's Catalysis Center for Energy Innovation-et af U.S. Energy Department udpeget Energy Frontier Research Center-ledet indsatsen, som involverede forskere fra UD og fra Rutgers University. Resultaterne offentliggøres i ChemSusChem , en top tværfaglig tidsskrift med fokus på bæredygtig kemi.
"For at lave grønnere kemikalier og brændstof, vi arbejder med plantemateriale, men vi ønsker ikke at konkurrere med dens madværdi, "Saha sagde." Så i stedet for at tage majs og ekstrahere dets sukkerarter for at lave ethanol, vi gør brug af de stilke og kolber, der er tilbage, efter at majsen er høstet, samt andre former for affald som træflis og risskaller."
Selvom det sidste årti har set et skift i retning af at bruge sådant affald, kaldet lignocellulosisk biomasse at skabe kemikalier til produktion af bionedbrydeligt plast, lægemidler, kosmetik og biobrændstoffer, bioraffinaderier har kæmpet med at finde stabile forsyninger og med høje forarbejdningsomkostninger.
Selvom træflis og majskolber kan lyde som enkle, billige materialer, de er svære at nedbryde kemisk.
"Ligninen, der gør deres cellevægge så seje og robuste, virker som superlim, holder fast i sukkerarterne, "Sagde Saha.
Sunitha Sadula, en postdoc forsker ved UD's Catalysis Center for Energy Innovation, et DOE Energy Frontier Research Center, arbejder i laboratoriet for at udvinde sukker fra træflis, majskolber og andet skov- og landbrugsaffald. Kredit:Evan Krape/ University of Delaware
UD opfinder et-trins teknologi
Industrien adskiller i øjeblikket sukkerarterne fra ligninen gennem en totrinsproces ved hjælp af hårde kemikalier og reaktionsbetingelser i det første trin, og et dyrt enzym i andet trin. Denne proces gør det resulterende sukker dyrt og slutprodukterne, selvom det er vedvarende, mindre konkurrencedygtige end dem, der produceres med olie.
Processen opfundet på UD, imidlertid, er kun et trin. Det kræver ikke et separat forbehandlingstrin, der almindeligvis bruges i bioraffinaderier for at nedbryde ligninet fra sukkerpolymererne cellulose og hemicellulose. UD's one-step teknologi integrerer forbehandlingstrinnet og hydrolysen af cellulose og hemicellulose i en gryde og arbejder ved betydeligt lav temperatur (85°C) og kort reaktionstid (en time), hvilket gør metoden energieffektiv. Det er vandeffektivt, også.
Nøglen til teknologien, som er indgivet som en international patentansøgning af UD, er brugen af en koncentreret opløsning af et uorganisk salt i nærvær af en lille mængde mineralsyre. Den koncentrerede saltopløsning kræver en minimal mængde vand. Opløsningen svulmer partiklerne af træ eller anden biomasse, tillader opløsningen at interagere med fibrene, omtrent som en avis svulmer op, når der spildes vand på den.
Saltopløsningens unikke egenskaber gør metoden meget effektiv, Saha sagde, med op til 95 procent teoretisk udbytte af sukkerarter.
Hvad mere er, teamet har integreret processen med et andet trin, kaldet dehydreringsreaktionen, som omdanner sukkerarterne til furaner i den samme gryde og gør det muligt at genbruge saltopløsningen. Furaner er meget alsidige forbindelser, der bruges som udgangsmaterialer til fremstilling af specialkemikalier.
UD-innovationen anvender procesintensivering, udførelse af flere trin på en integreret måde, hvilket resulterer i brug af mindre energi og vand. Dette koncept, implementeret i stor skala, er fokus for RAPID, et Manufacturing USA Institute ledet af American Institute of Chemical Engineers, hvilket også involverer UD som nøglespiller.
"Vores proces muliggør - for første gang - økonomisk produktion af foderstrømme, der kan forbedre økonomien i celluloseholdige bioprodukter fremstillet nedstrøms, for ikke at nævne de miljømæssige fordele ved at erstatte olie, " siger Saha. "Mere end 10, 000 millioner tons kulstofemissioner blev rapporteret i 2010 fra konventionelle fossile brændstoffer og kemikalier, som har en langsigtet katastrofal effekt på vores miljø."