Forskere tager to skridt mod grønt brændstof

Et internationalt samarbejde ledet af forskere ved Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT), Japan, har udviklet en to-trins metode til mere effektivt at nedbryde kulhydrater til deres enkelte sukkerkomponenter, en kritisk proces i fremstillingen af ​​grønt brændstof.

Forskerne offentliggjorde deres resultater den 10. april i tidsskriftet American Chemical Society, Industriel og teknisk kemisk forskning .

Nedbrydningsprocessen kaldes forsukring. De enkelte sukkerkomponenter, der produceres, kaldet monosaccharider, kan gæres til bioethanol eller biobutanol, alkoholer, der kan bruges som brændstof.

"I lang tid, stor opmærksomhed har været fokuseret på udnyttelsen af ​​homogene syrer og enzymer til forsukring, " sagde Eika W. Qian, papirforfatter og professor ved Graduate School of Bio-Applications and Systems Engineering ved Tokyo University of Agriculture and Technology i Japan. "Enzymatisk forsukring anses for at være en rimelig udsigt, da det giver mulighed for højere udbytter, lavere energiomkostninger, og det er mere miljøvenligt."

Brugen af ​​enzymer til at nedbryde kulhydraterne kunne faktisk blive hindret, især i den praktiske biomasse såsom rishalm. Et biprodukt af rishøst, rishalm består af tre komplicerede kulhydrater:stivelse, hemicellulose og cellulose. Enzymer kan ikke nærme sig hemicellulose eller cellulose, på grund af deres cellevægsstruktur og overfladeareal, blandt andre egenskaber. De skal forbehandles for at blive modtagelige for den enzymatiske aktivitet, hvilket kan være dyrt.

Et svar på enzymernes omkostninger og ineffektivitet er brugen af ​​faste syrekatalysatorer, som er syrer, der forårsager kemiske reaktioner uden at opløses og blive en permanent del af reaktionen. De er særligt tiltalende, fordi de kan genvindes efter forsukring og genbruges.

Stadig, det er ikke så let som at bytte enzymerne ud med syrerne, ifølge Qian, da kulhydraterne er uensartede. Hemicellulose og stivelse nedbrydes ved 180 grader Celsius og derunder, og hvis de resulterende komponenter opvarmes yderligere, de producerede sukkerarter nedbrydes og omdannes til andre biprodukter. På den anden side, Nedbrydning af cellulose sker kun ved temperaturer på 200 grader Celsius og derover.

Derfor, for at maksimere det resulterende udbytte af sukker fra rishalm, forskerne udviklede en to-trins proces – et trin for hemicellulosen og et andet for cellulosen. Det første trin kræver en blid fast syre ved lave temperaturer (150 grader Celsius og derunder), mens det andet trin består af hårdere forhold, med en stærkere fast syre og højere temperaturer (210 grader Celsius og derover).

Samlet set, to-trins-processen viste sig ikke kun effektiv, det producerede omkring 30 procent mere sukker end traditionelle et-trins processer.

"Vi leder nu efter en partner til at evaluere gennemførligheden af ​​vores to-trins forsukringsproces i rishalm og andre forskellige materialer såsom hvedehalm og majsstoke osv. i en pilotenhed, " sagde Qian. "Vores ultimative mål er at kommercialisere vores proces til fremstilling af monosaccharider fra denne type materiale i fremtiden."