Forskare har utvecklat en ny process som kan göra det mycket billigare att producera biobränslen som etanol från växtavfall och minska beroendet av fossila bränslen.

Deras tillvägagångssätt, med ett ammoniaksaltbaserat lösningsmedel som snabbt förvandlar växtfibrer till sockerarter som behövs för att tillverka etanol, fungerar bra i nära rumstemperatur, till skillnad från konventionella processer, enligt en Rutgers-ledd studie i tidskriften Grön kemi .

"Vårt förbehandlingssystem kan minska - med upp till 50 gånger - användningen av enzymer för att förvandla lösningsmedelsbehandlad cellulosa (växtfiber) till glukos (ett socker) som används för att tillverka bioprodukter som etanol, " sa huvudförfattaren Shishir P. S. Chundawat, en biträdande professor vid Institutionen för kemisk och biokemisk teknik vid teknikhögskolan vid Rutgers University-New Brunswick. "Liknande processer kan avsevärt minska kostnaderna för att producera biobränslen från avfallsbiomassa som majsstjälkar och löv."

Lösningsmedlet kan också extrahera mer än 80 procent av ligninet i växtavfall. Lignin, som binder till och förstärker växtfibrer, kan användas för att uppgradera värdefulla aromatiska kemikalier i framtiden, enligt Chundawat. Forskningen gynnades av samarbete och tillgång till ett högteknologiskt Bio-SANS-instrument vid Oak Ridge National Laboratory för analys av hur komplexa biologiska system som växtavfall reagerar under bearbetning för att bättre förstå hur cellulosa löses på molekylär nivå.

Majsstjälkar, löv och andra rester (kallas majsstover) och växelgräs, till exempel, har tätt packade cellulosamikrofibriller, som är små trådar tunnare än fibrer. Mikrofibriller är svåra att bryta ner med hjälp av enzymer eller mikrober, vilket gör det svårt att omvandla många växtbaserade material i biomassa till biobränslen eller biokemikalier. Biomassa inkluderar mikrobiella, material från växter eller djur som används för produktion av förnybar energi och industriella processer.

För att påskynda omvandlingen av cellulosa till sockerarter som glukos med enzymer krävs lämpliga lösningsmedel eller värme- och/eller kemikaliebaserade förbehandlingar. Under de senaste 150 åren har flera lösningsmedel som kan bryta ner cellulosafibrer har undersökts. Men de flesta lösningsmedel förblir dyra eller kräver extrema intervall av driftstryck eller temperaturer för att vara effektiva.

Det ammoniak-saltbaserade lösningsmedelssystemet påskyndar omvandlingen av cellulosa till sockerarter med hjälp av enzymer. Det kan kraftigt minska kostnaderna för produktion av biobränslen eftersom enzymer kan stå för cirka 15 procent till 20 procent av kostnaden för att tillverka biobränslen som etanol från biomassa.

Nästa steg kommer att vara att optimera förbehandlingsprocessen för biomassa som majsstover, kommunalt fast avfall och bioenergigrödor som växelgräs och poppel som kan omvandlas till bränsle, samtidigt som man utvecklar mer robusta enzymer för att ytterligare minska kostnaderna, enligt Chundawat.