Nye opløsningsmidler til at nedbryde plantecellulose til bioethanol

Forskere fra Institute of Science and Engineering ved Kanazawa University har udviklet nye opløsningsmiddelblandinger til at nedbryde den hårde struktur af plantecellulose til produktion af bioethanol. Disse nye opløsningsmidler virker under milde forhold, har reduceret toksicitet og er mere miljøvenlige sammenlignet med nuværende tilgængelige opløsningsmidler. Dette arbejde kan føre til forbedrede teknologier til omdannelse af aktuelt ubrugt biomasse til brændstof.

Biobrændstoffer, såsom ethanol fremstillet af switchgrass eller sukkerrør, kan give os mulighed for at reducere vores afhængighed af ikke-vedvarende fossile brændstoffer. Imidlertid, processen med fremstilling af biobrændstoffer kræver normalt nedbrydning af cellulosen fra planter, som består af lange polymerkæder, til mindre sukkermolekyler. Dette er ikke en simpel opgave, som illustreret ved, hvordan uappetitlig træbark eller græsstængler ser ud for os mennesker. Cellulose har et komplekst hydrogenbindingsnetværk, hvilket gør den ekstremt kemikaliebestandig. Nuværende metoder til forarbejdning af cellulose er afhængige af barske reaktionsbetingelser og giftige kemikalier.

Nu, forskere fra Kanazawa University har brugt en særlig klasse af molekyler kaldet "zwitterioner" til at skabe nye opløsningsmidler med evnen til at opløse cellulose. Zwitterioner er specielle ved, at de har både en positiv og negativ ladning, men på forskellige steder på molekylet, så de ikke kan neutralisere hinanden. Disse ladninger er yderst effektive til at forstyrre brintbindingerne, så cellulosen ikke bliver nedbrudt. "Fordi næsten alle zwitterioner er faste under normale reaktionsbetingelser, vores eksperimenter brugte eutektiske blandinger, ", forklarer førsteforfatter Gyanendra Sharma. Et eutektisk system er en blanding af stoffer med et smeltepunkt, der er lavere end dets bestanddele. Dette opnås ved at bruge molekyler med forskellige strukturer, så almindelige krystaller er sværere at danne.

I disse forsøg, holdet blandede fire forskellige zwitterioner i forskellige forhold. De fandt 22 kombinationer, der var flydende under 100°C. Af disse, to blandinger var også yderst effektive til at opløse cellulose. "Vores arbejde viser, at det er muligt at erstatte mange af de giftige kemikalier, der bruges i dag, med mere miljøvenlige alternativer, når vi bevæger os mod et mere vedvarende energi-økosystem, " siger seniorforfatter Kosuke Kuroda. Denne forskning demonstrerer potentialet ved at bruge kombinationer af zwitterioner til at skabe blandinger med egenskaber, som ikke besidder noget molekyle individuelt.

Værket blev udgivet i Kulhydrat polymerer .