Onderzoekers hebben een nieuw proces ontwikkeld dat het veel goedkoper kan maken om biobrandstoffen zoals ethanol uit plantaardig afval te produceren en de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen.

Hun aanpak, met een oplosmiddel op basis van ammoniakzout dat plantenvezels snel omzet in suikers die nodig zijn om ethanol te maken, werkt goed bij kamertemperatuur, in tegenstelling tot conventionele processen, volgens een door Rutgers geleide studie in het tijdschrift Groene chemie .

"Ons voorbehandelingssysteem kan het gebruik van enzymen tot wel 50 keer verminderen om met oplosmiddel behandelde cellulose (plantaardige vezels) om te zetten in glucose (een suiker) die wordt gebruikt om bioproducten zoals ethanol te maken, " zei hoofdauteur Shishir P. S. Chundawat, een assistent-professor bij de afdeling Chemische en Biochemische Engineering van de School of Engineering aan de Rutgers University-New Brunswick. "Vergelijkbare processen kunnen de kosten voor het produceren van biobrandstoffen uit afvalbiomassa zoals maïsstengels en bladeren aanzienlijk verlagen."

Het oplosmiddel kan ook meer dan 80 procent van de lignine in plantaardig afval extraheren. lignine, die bindt aan en versterkt plantenvezels, kan worden gebruikt om in de toekomst waardevolle aromatische chemicaliën te helpen upgraden, volgens Chundawat. Het onderzoek profiteerde van gezamenlijke inspanningen en toegang tot een hightech Bio-SANS-instrument in het Oak Ridge National Laboratory voor analyse van hoe complexe biologische systemen zoals plantenafval reageren tijdens verwerking om beter te begrijpen hoe cellulose op moleculair niveau wordt opgelost.

Maïs stengels, bladeren en ander residu (maïsstoof genoemd) en switchgrass, bijvoorbeeld, dicht opeengepakte cellulosemicrofibrillen hebben, die kleine strengen zijn die dunner zijn dan vezels. Microfibrillen zijn moeilijk af te breken met behulp van enzymen of microben, waardoor het moeilijk is om veel plantaardige materialen in biomassa om te zetten in biobrandstoffen of biochemicaliën. Biomassa omvat microbiële, plantaardige of dierlijke materialen die worden gebruikt voor de productie van hernieuwbare energie en industriële processen.

Het versnellen van de omzetting van cellulose in suikers zoals glucose met enzymen vereist geschikte oplosmiddelen of op warmte en/of chemicaliën gebaseerde voorbehandelingen. In de afgelopen 150 jaar is verschillende oplosmiddelen die cellulosevezels kunnen afbreken zijn onderzocht. Maar de meeste oplosmiddelen blijven duur of vereisen extreme werkdrukken of temperaturen om effectief te zijn.

Het oplosmiddelsysteem op basis van ammoniak en zout versnelt de omzetting van cellulose in suikers met behulp van enzymen. Het kan de kosten van de productie van biobrandstoffen aanzienlijk verlagen, omdat enzymen ongeveer 15 tot 20 procent van de kosten voor het maken van biobrandstoffen zoals ethanol uit biomassa kunnen uitmaken.

De volgende stappen zijn het optimaliseren van het voorbehandelingsproces voor biomassa zoals maïskolven, gemeentelijk vast afval en bio-energiegewassen zoals switchgrass en populier die in brandstoffen kunnen worden omgezet, terwijl ook robuustere enzymen worden ontwikkeld om de kosten verder te verlagen, volgens Chundawat.