De shampoo waarmee je vanmorgen je haar hebt gewassen. De ballonnen voor het feest. Koelkasten en zonnebrillen, medicijnen en muggenspray, gitaarsnaren en kunstaas. Deze - en duizenden andere producten die we elke dag gebruiken - bevatten chemicaliën die zijn gemaakt van aardolie. Maar onderzoekers van de University of Delaware kunnen fabrikanten nu een veel zoeter alternatief bieden voor deze fossiele brandstof.

Een UD-onderzoeksteam heeft een efficiënter proces bedacht om de suikers uit houtsnippers te extraheren, maïskolven en ander organisch afval van bossen en boerderijen. Deze biohernieuwbare grondstof zou kunnen dienen als een goedkopere, duurzame vervanging voor de aardolie die wordt gebruikt bij de productie van tonnen consumptiegoederen per jaar - goederen waarvan de consumenten willen dat ze groener zijn. Meer dan de helft van de consumenten in de VS is bereid meer te betalen voor milieuvriendelijke producten, volgens GfK MRI's Survey of the American Consumer, eerder dit jaar gemeld.

Basudeb Saha, associate director voor onderzoek bij UD's Catalysis Center for Energy Innovation - een door het Amerikaanse Energy Department aangewezen Energy Frontier Research Center - leidde de inspanning, waarbij wetenschappers van de UD en van de Rutgers University betrokken waren. De resultaten zijn gepubliceerd in ChemSusChem , een interdisciplinair toptijdschrift gericht op duurzame chemie.

"Om groenere chemicaliën en brandstof te maken, we werken met plantaardig materiaal, maar we willen niet concurreren met zijn voedselwaarde, " zei Saha. "Dus in plaats van maïs te nemen en de suikers te extraheren om ethanol te maken, we maken gebruik van de stengels en kolven die overblijven nadat de maïs is geoogst, evenals andere soorten afval zoals houtsnippers en rijstschillen."

Hoewel het afgelopen decennium een ​​verschuiving heeft plaatsgevonden naar het gebruik van dergelijk afval, aangeduid als lignocellulose biomassa, om chemicaliën te maken voor de productie van biologisch afbreekbare kunststoffen, geneesmiddelen, cosmetica en biobrandstoffen, bioraffinaderijen hebben moeite met het vinden van constante voorraden en met hoge verwerkingskosten.

Hoewel houtsnippers en maïskolven misschien eenvoudig klinken, goedkope materialen, ze zijn moeilijk chemisch af te breken.

"De lignine die hun celwanden zo taai en stevig maakt, werkt als superlijm, stevig vasthouden aan de suikers, ' zei Saha.

UD vindt eenstapstechnologie uit

De industrie scheidt momenteel de suikers van de lignine via een tweestapsproces waarbij in de eerste stap agressieve chemicaliën en reactieomstandigheden worden gebruikt. en een duur enzym in de tweede stap. Dit proces maakt de resulterende suikers duur en de eindproducten, hoewel hernieuwbaar, minder concurrerend dan die welke met aardolie worden geproduceerd.

Het proces uitgevonden bij UD, echter, is slechts één stap. Het vereist geen afzonderlijke voorbehandelingsstap die gewoonlijk wordt gebruikt in bioraffinaderijen om de lignine uit de suikerpolymeren cellulose en hemicellulose te desintegreren. De eenstapstechnologie van UD integreert de voorbehandelingsstap en de hydrolyse van cellulose en hemicellulose in één pot en werkt bij een aanzienlijk lage temperatuur (85°C) en een korte reactietijd (één uur), waardoor de methode energiezuinig is. Het is waterbesparend, te.

De sleutel tot de technologie, die is ingediend als een internationale octrooiaanvraag door UD, is het gebruik van een geconcentreerde oplossing van een anorganisch zout in aanwezigheid van een kleine hoeveelheid mineraal zuur. De geconcentreerde zoutoplossing vereist een minimale hoeveelheid water. De oplossing zwelt de deeltjes hout of andere biomassa op, waardoor de oplossing kan interageren met de vezels, net zoals een krant opzwelt als er water op wordt gemorst.

De unieke eigenschappen van de zoutoplossing maken de methode zeer efficiënt, Saha zei, met een theoretische opbrengst van maximaal 95 procent aan suikers.

Bovendien, het team heeft het proces geïntegreerd met een andere stap, de uitdrogingsreactie genoemd, waardoor de suikers in dezelfde pot worden omgezet in furanen en de zoutoplossing kan worden gerecycled. Furanen zijn zeer veelzijdige verbindingen die worden gebruikt als uitgangsmateriaal voor het maken van speciale chemicaliën.

De UD-innovatie maakt gebruik van procesintensificatie, het op geïntegreerde wijze uitvoeren van meerdere stappen, wat resulteert in het gebruik van minder energie en water. Dit begrip, op grote schaal uitgevoerd, is de focus van RAPID, een Manufacturing USA Institute onder leiding van het American Institute of Chemical Engineers, waarbij ook UD een belangrijke speler is.

"Ons proces maakt voor de eerste keer de economische productie van voedingsstromen mogelijk die de rendabiliteit van stroomafwaarts geproduceerde cellulose-bioproducten aanzienlijk kunnen verbeteren. om nog maar te zwijgen van de milieuvoordelen van het vervangen van aardolie, " zegt Saha. "Meer dan 10, 000 miljoen ton koolstofemissies werden gerapporteerd in 2010 van conventionele fossiele brandstoffen en chemicaliën, die op lange termijn catastrofale gevolgen heeft voor ons milieu."