Schampot du tvättade håret med i morse. Ballongerna till festen. Kylskåp och solglasögon, medicin och myggmedel, gitarrsträngar och fiskedrag. Dessa - och tusentals andra produkter vi använder varje dag - innehåller kemikalier gjorda av petroleum. Men forskare vid University of Delaware kan nu erbjuda tillverkarna ett mycket sötare alternativ till detta fossila bränsle.

En forskargrupp från UD har uppfunnit en effektivare process för att utvinna sockerarter från flis, majskolvar och annat organiskt avfall från skogar och gårdar. Detta bioförnybara råmaterial skulle kunna fungera som ett billigare, hållbar ersättning för den petroleum som används vid tillverkning av ton på ton av konsumtionsvaror årligen – varor som konsumenterna vill ska vara grönare. Mer än hälften av konsumenterna i USA är villiga att betala mer för miljövänliga produkter, enligt GfK MRI:s Survey of the American Consumer, rapporterade tidigare i år.

Basudeb Saha, biträdande forskningsdirektör vid UD:s Catalysis Center for Energy Innovation – ett av USA:s energidepartement utsett Energy Frontier Research Center – ledde arbetet, som involverade forskare från UD och från Rutgers University. Resultaten publiceras i ChemSusChem , en topp tvärvetenskaplig tidskrift med fokus på hållbar kemi.

"För att göra grönare kemikalier och bränsle, vi arbetar med växtmaterial, men vi vill inte konkurrera med dess matvärde, Saha sa. "Så istället för att ta majs och extrahera dess sockerarter för att göra etanol, vi använder stjälkarna och kolvarna som blir över efter att majsen har skördats, liksom andra typer av avfall som flis och risskrov. "

Även om det senaste decenniet har sett en förändring mot att använda sådant avfall, kallad lignocellulosisk biomassa, att skapa kemikalier för att producera biologiskt nedbrytbar plast, läkemedel, kosmetika och biobränslen, bioraffinaderier har kämpat med att hitta stadiga förråd och med höga bearbetningskostnader.

Även om flis och majskolvar kan låta som enkla, billiga material, de är svåra att bryta ner kemiskt.

"Ligninet som gör deras cellväggar så sega och robusta fungerar som superlim, håll hårt i sockret, sa Saha.

UD uppfinner enstegsteknologi

Industrin separerar för närvarande ut sockerarterna från ligninet genom en tvåstegsprocess med hjälp av hårda kemikalier och reaktionsförhållanden i det första steget, och ett dyrt enzym i det andra steget. Denna process gör det resulterande sockret dyra och slutprodukterna, även om det är förnybart, mindre konkurrenskraftiga än de som produceras med petroleum.

Processen som uppfanns vid UD, dock, är bara ett steg. Det kräver inte ett separat förbehandlingssteg som vanligtvis används i bioraffinaderier för att sönderdela ligninet från sockerpolymererna cellulosa och hemicellulosa. UD:s enstegsteknologi integrerar förbehandlingssteget och hydrolysen av cellulosa och hemicellulosa i en behållare och arbetar vid avsevärt låg temperatur (85°C) och kort reaktionstid (en timme), vilket gör metoden energieffektiv. Det är vatteneffektivt, för.

Nyckeln till tekniken, som har lämnats in som en internationell patentansökan av UD, är användningen av en koncentrerad lösning av ett oorganiskt salt i närvaro av en liten mängd mineralsyra. Den koncentrerade saltlösningen kräver en minimal mängd vatten. Lösningen sväller partiklarna av trä eller annan biomassa, låter lösningen interagera med fibrerna, ungefär som en tidning sväller när vatten rinner ut på den.

Saltlösningens unika egenskaper gör metoden mycket effektiv, Saha sa, med upp till 95 procent teoretiskt utbyte av socker.

Vad mer, teamet har integrerat processen med ytterligare ett steg, kallas uttorkningsreaktion, som omvandlar sockret till furaner i samma kruka och gör det möjligt att återvinna saltlösningen. Furaner är mycket mångsidiga föreningar som används som utgångsmaterial för tillverkning av specialkemikalier.

UD-innovationen använder sig av processintensifiering, utförandet av flera steg på ett integrerat sätt, vilket resulterar i användning av mindre energi och vatten. Detta koncept, implementeras i stor skala, är fokus för RAPID, ett Manufacturing USA Institute som leds av American Institute of Chemical Engineers, vilket också involverar UD som en nyckelaktör.

"Vår process möjliggör – för första gången – ekonomisk produktion av foderströmmar som avsevärt kan förbättra ekonomin för cellulosabaserade bioprodukter som tillverkas nedströms, för att inte tala om miljöfördelarna med att ersätta petroleum, "Saha säger." Mer än 10, 000 miljoner ton koldioxidutsläpp rapporterades 2010 från konventionella fossila bränslen och kemikalier, som har en långsiktig katastrofal effekt på vår miljö. "