Wetenschappers van het Institute of Science and Engineering aan de Kanazawa University hebben nieuwe mengsels van oplosmiddelen ontwikkeld om de taaie structuur van plantaardige cellulose af te breken voor de productie van bio-ethanol. Deze nieuwe oplosmiddelen werken onder milde omstandigheden, hebben een verminderde toxiciteit en zijn milieuvriendelijker in vergelijking met de momenteel beschikbare oplosmiddelen. Dit werk kan leiden tot verbeterde technologieën voor de omzetting van momenteel ongebruikte biomassa in brandstof.

biobrandstoffen, zoals ethanol geproduceerd uit switchgrass of suikerriet, kunnen ons in staat stellen om onze afhankelijkheid van niet-hernieuwbare fossiele brandstoffen te verminderen. Echter, het proces van het maken van biobrandstoffen vereist meestal het afbreken van de cellulose uit planten, die bestaat uit lange polymeerketens, in kleinere suikermoleculen. Dit is geen eenvoudige taak, zoals geïllustreerd door hoe onsmakelijk boomschors of grasstengels er voor ons mensen uitzien. Cellulose heeft een complex waterstofbindingsnetwerk, waardoor het extreem chemisch resistent is. De huidige methoden voor het verwerken van cellulose zijn afhankelijk van ruwe reactieomstandigheden en giftige chemicaliën.

Nutsvoorzieningen, wetenschappers van de Universiteit van Kanazawa hebben een speciale klasse van moleculen genaamd "zwitterions" gebruikt om nieuwe oplosmiddelen te creëren met het vermogen om cellulose op te lossen. Zwitterionen zijn bijzonder omdat ze zowel een positieve als een negatieve lading hebben, maar op verschillende plaatsen op het molecuul, zodat ze elkaar niet kunnen neutraliseren. Deze ladingen zijn zeer effectief in het verbreken van de waterstofbruggen, waardoor de cellulose niet wordt afgebroken. "Omdat bijna alle zwitterionen vast zijn onder normale reactieomstandigheden, onze experimenten gebruikten eutectische mengsels, " legt eerste auteur Gyanendra Sharma uit. Een eutectisch systeem is een mengsel van stoffen met een smeltpunt dat lager is dan dat van de samenstellende delen. Dit wordt bereikt door moleculen met verschillende structuren te gebruiken, zodat gewone kristallen moeilijker te vormen zijn.

Bij deze experimenten het team mixte vier verschillende zwitterions in verschillende verhoudingen. Ze vonden 22 combinaties die vloeibaar waren onder de 100°C. Van deze, twee mengsels waren ook zeer effectief in het oplossen van cellulose. "Ons werk laat zien dat het mogelijk is om veel van de giftige chemicaliën die tegenwoordig worden gebruikt te vervangen door milieuvriendelijkere alternatieven, terwijl we op weg zijn naar een meer hernieuwbare energie-ecosysteem. " zegt senior auteur Kosuke Kuroda. Dit onderzoek toont het potentieel aan van het gebruik van combinaties van zwitterions om mengsels te creëren met eigenschappen die geen enkel molecuul afzonderlijk bezit.

Het werk is gepubliceerd in Koolhydraat Polymeren .