Ett internationellt samarbete som leds av forskare vid Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT), Japan, har utvecklat en tvåstegsmetod för att mer effektivt bryta ner kolhydrater i sina enskilda sockerkomponenter, en kritisk process för att producera grönt bränsle.

Forskarna publicerade sina resultat den 10 april i American Chemical Society journal, Industriell och teknisk kemisk forskning .

Nedbrytningsprocessen kallas saccharification. De enskilda sockerkomponenterna som produceras, kallas monosackarider, kan fermenteras till bioetanol eller biobutanol, alkoholer som kan användas som bränsle.

"Under en lång tid, stor uppmärksamhet har ägnats åt användningen av homogena syror och enzymer för sackarifiering, "sa Eika W. Qian, pappersförfattare och professor vid Graduate School of Bio-Applications and Systems Engineering vid Tokyo University of Agriculture and Technology i Japan. "Enzymatisk sackarifiering ses som ett rimligt utsikter eftersom det erbjuder potential för högre avkastning, lägre energikostnader, och det är mer miljövänligt. "

Användningen av enzymer för att bryta ner kolhydraterna kan faktiskt hindras, särskilt i den praktiska biomassan som rishalm. En biprodukt av risskörd, rishalm består av tre komplicerade kolhydrater:stärkelse, hemicellulosa och cellulosa. Enzymer kan inte närma sig hemicellulosa eller cellulosa, på grund av deras cellväggsstruktur och yta, bland andra egenskaper. De måste förbehandlas för att bli mottagliga för den enzymatiska aktiviteten, vilket kan bli dyrt.

Ett svar på enzymernas kostnad och ineffektivitet är användningen av fasta syrakatalysatorer, vilka är syror som orsakar kemiska reaktioner utan att de löser sig och blir en permanent del av reaktionen. De är särskilt tilltalande eftersom de kan återvinnas efter försackring och återanvändas.

Fortfarande, det är inte så lätt som att byta enzymer mot syrorna, enligt Qian, eftersom kolhydraterna är ojämna. Hemicellulosa och stärkelse bryts ned vid 180 grader Celsius och lägre, och om de resulterande komponenterna värms ytterligare, de producerade sockerarterna komponeras och omvandlas till andra biprodukter. Å andra sidan, nedbrytning av cellulosa sker bara vid temperaturer på 200 grader Celsius och högre.

Det är därför, för att maximera det resulterande utbytet av socker från rishalm, forskarna utvecklade en tvåstegsprocess-ett steg för hemicellulosan och ett annat för cellulosan. Det första steget kräver en mild fast syra vid låga temperaturer (150 grader Celsius och lägre), medan det andra steget består av hårdare förhållanden, med en starkare fast syra och högre temperaturer (210 grader Celsius och högre).

Övergripande, tvåstegsprocessen visade sig inte bara vara effektiv, det producerade cirka 30 procent fler sockerarter än traditionella enstegsprocesser.

"Vi letar nu efter en partner för att utvärdera genomförbarheten av vår tvåstegssackarifieringsprocess i rishalm och andra olika material som vetehalm och majsstock etc. i en pilotenhet, "Qian sa." Vårt yttersta mål är att kommersialisera vår process för att tillverka monosackarider från denna typ av material i framtiden. "