Een internationale samenwerking onder leiding van wetenschappers van de Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT), Japan, heeft een tweestapsmethode ontwikkeld om koolhydraten efficiënter af te breken in hun afzonderlijke suikercomponenten, een cruciaal proces bij de productie van groene brandstof.

De onderzoekers publiceerden hun resultaten op 10 april in het tijdschrift American Chemical Society, Industrieel en technisch chemisch onderzoek .

Het afbraakproces wordt versuikering genoemd. De geproduceerde afzonderlijke suikercomponenten, monosachariden genoemd, kan worden gefermenteerd tot bio-ethanol of biobutanol, alcoholen die als brandstof kunnen worden gebruikt.

"Voor een lange tijd, veel aandacht is besteed aan het gebruik van homogene zuren en enzymen voor versuikering, " zei Eika W. Qian, paper auteur en professor aan de Graduate School of Bio-Applications and Systems Engineering aan de Tokyo University of Agriculture and Technology in Japan. "Enzymatische versuikering wordt gezien als een redelijk vooruitzicht, omdat het de mogelijkheid biedt voor hogere opbrengsten, lagere energiekosten, en het is milieuvriendelijker."

Het gebruik van enzymen om de koolhydraten af ​​te breken zou juist belemmerd kunnen worden, vooral in de praktische biomassa zoals rijststro. Een bijproduct van de rijstoogst, rijststro bestaat uit drie gecompliceerde koolhydraten:zetmeel, hemicellulose en cellulose. Enzymen kunnen hemicellulose of cellulose niet benaderen, vanwege hun celwandstructuur en oppervlakte, onder andere kenmerken. Ze moeten worden voorbehandeld om ontvankelijk te worden voor de enzymatische activiteit, wat kostbaar kan zijn.

Een antwoord op de kosten en inefficiëntie van enzymen is het gebruik van vaste zure katalysatoren, dit zijn zuren die chemische reacties veroorzaken zonder op te lossen en een permanent onderdeel van de reactie te worden. Ze zijn bijzonder aantrekkelijk omdat ze na versuikering kunnen worden teruggewonnen en opnieuw kunnen worden gebruikt.

Nog altijd, het is niet zo eenvoudig als het verwisselen van de enzymen voor de zuren, volgens Qian, omdat de koolhydraten niet uniform zijn. Hemicellulose en zetmeel worden afgebroken bij 180 graden Celsius en lager, en als de resulterende componenten verder worden verwarmd, de geproduceerde suikers vallen uiteen en worden omgezet in andere bijproducten. Anderzijds, afbraak van cellulose gebeurt alleen bij temperaturen van 200 graden Celsius en hoger.

Dat is waarom, om de resulterende opbrengst aan suiker uit rijststro te maximaliseren, de onderzoekers ontwikkelden een proces in twee stappen:een stap voor de hemicellulose en een andere voor de cellulose. De eerste stap vereist een zacht vast zuur bij lage temperaturen (150 graden Celsius en lager), terwijl de tweede stap bestaat uit zwaardere omstandigheden, met een sterker vast zuur en hogere temperaturen (210 graden Celsius en hoger).

Algemeen, het proces in twee stappen bleek niet alleen effectief, het produceerde ongeveer 30 procent meer suikers dan traditionele eenstapsprocessen.

"We zijn nu op zoek naar een partner om de haalbaarheid van ons tweestaps versuikeringsproces in rijststro en andere verschillende materialen zoals tarwestro en maïsstoke enz. In een pilot-eenheid te evalueren, " Zei Qian. "Ons uiteindelijke doel is om ons proces om in de toekomst monosachariden uit dit soort materiaal te produceren, op de markt te brengen."