Lämpliga lösningsmedel behövs för att producera etanol från cellulosabaserad växtbiomassa. Vi har funnit att flytande zwitterjoner är lämpliga för det, men det har varit svårt att göra zwitterioner flytande och arterna har varit strikt begränsade. Därför, de fasta zwitterjonerna kondenserades genom att göra djupa eutektiska lösningsmedel, som är vätskor från fasta-fasta blandningar. Det flytande zwitterjoniska lösningsmedlet kunde lösa upp cellulosan. Kredit:Kanazawa University
Forskare från Institute of Science and Engineering vid Kanazawa University har utvecklat nya lösningsmedelsblandningar för att bryta ner den tuffa strukturen hos växtcellulosa för produktion av bioetanol. Dessa nya lösningsmedel fungerar under milda förhållanden, har minskad toxicitet och är mer miljövänliga jämfört med nuvarande tillgängliga lösningsmedel. Detta arbete kan leda till förbättrad teknik för omvandling av för närvarande oanvänd biomassa till bränsle.
Biobränslen, t.ex. etanol som framställs av switchgrass eller sockerrör, kan tillåta oss att minska vårt beroende av icke förnybara fossila bränslen. Dock, processen att tillverka biobränslen kräver vanligtvis att cellulosa bryts ner från växter, som består av långa polymerkedjor, till mindre sockermolekyler. Detta är inte en enkel uppgift, som illustreras av hur oaptitlig trädbark eller grässtjälkar ser ut för oss människor. Cellulosa har ett komplext vätebindningsnätverk, vilket gör den extremt kemikaliebeständig. Nuvarande metoder för bearbetning av cellulosa är beroende av hårda reaktionsförhållanden och giftiga kemikalier.
Nu, forskare från Kanazawa University har använt en speciell klass av molekyler som kallas "zwitterioner" för att skapa nya lösningsmedel med förmågan att lösa upp cellulosa. Zwitterioner är speciella genom att de har både positiv och negativ laddning, men på olika ställen på molekylen så att de inte kan neutralisera varandra. Dessa laddningar är mycket effektiva för att bryta vätebindningarna och hindra cellulosan från att brytas ned. "Eftersom nästan alla zwitterjoner är fasta under normala reaktionsförhållanden, våra experiment använde eutektiska blandningar, Förstaförfattaren Gyanendra Sharma förklarar. Ett eutektiskt system är en blandning av ämnen med en smältpunkt som är lägre än smältpunkten för dess beståndsdelar. Detta åstadkoms genom att använda molekyler med olika strukturer, så att vanliga kristaller är svårare att bilda.
I dessa experiment, laget blandade fyra olika zwitterioner i olika förhållanden. De hittade 22 kombinationer som var flytande under 100°C. Av dessa, två blandningar var också mycket effektiva för att lösa upp cellulosa. "Vårt arbete visar att det är möjligt att ersätta många av de giftiga kemikalier som används idag med mer miljövänliga alternativ när vi går mot ett mer förnybar energiekosystem, ", säger seniorförfattaren Kosuke Kuroda. Den här forskningen visar potentialen i att använda kombinationer av zwitterjoner för att skapa blandningar med egenskaper som inte har någon molekyl individuellt.
Verket publicerades i Kolhydratpolymerer .
