Более дешёвое биотопливо второго поколения для автомобилей
Производство биотоплива второго поколения из отмерших растительных тканей экологично, но дорого из-за необходимости использования дорогих ферментов, что делает рынок уделом крупных компаний. Датско-иракское исследование предлагает новую методику, исключающую дорогие ферменты. Это может сделать производство такого биотоплива дешевле, привлечь больше производителей, усилить конкуренцию и снизить конечную цену.
Биоэтанол второго поколения, производимый из остатков растений после использования их в пищу или других целях, рассматривается как перспективная замена ископаемому топливу. Однако производство из кукурузы или сахарного тростника, которые также являются пищевыми культурами, вызывает сопротивление. Ключевая задача — научиться производить биоэтанол из непродовольственной биомассы, например, из целлюлозы.
«Цель — производить биоэтанол из целлюлозы. Целлюлозу очень трудно расщепить, поэтому её нельзя напрямую использовать как источник пищи. Её много в природе, например, в стеблях кукурузы. Если мы сможем делать биоэтанол из стеблей, оставив початки для еды, это будет большой шаг», — говорит Пер Морген, профессор Университета Южной Дании.
Целлюлоза в клеточных стенках растений организована в длинные прочные цепи. Существующие технологии используют для их расщепления на сахара дорогие патентованные ферменты. Новая методика обходится без них.
«Мы представляем полностью безферментную технику, которая не запатентована и недорога. Её может использовать каждый», — объясняет Пер Морген.
Вместо фермента ключевую роль играет кислота RHSO3H, созданная на основе рисовой шелухи.
«Мои иракские коллеги получили кислоту из обработанной рисовой шелухи. Мировое производство риса даёт огромное количество шелухи и золы от её сжигания, так что этот материал дёшев и легкодоступен», — говорит он.
Всё дело в кислоте
В золе от сожжённой рисовой шелухи высоко содержание силиката. Учёные соединили частицы силиката с хлорсульфоновой кислотой, в результате чего кислотные молекулы присоединились к силикатным соединениям.
«Результатом стала совершенно новая молекула — кислота RHSO3H, — которая может заменить ферменты в работе по расщеплению целлюлозы до сахара», — поясняет Пер Морген.
Этот способ экологичен и доступен: катализатор-кислота производится из легкодоступных растительных остатков, её можно использовать многократно, рецепт не подлежит патентованию, а сырьём служит целлюлоза из растений, непригодных для других целей.
С 2010 года в Дании обязательно добавление 5% этанола во весь продаваемый бензин. Добавлять можно до 85% биоэтанола, что распространено в странах Южной Америки. Использование биоэтанола вместо бензина снижает выбросы CO2 и потребление ископаемого топлива.
Как учёные создали новую кислоту?
- 3 грамма золы от сожжённой рисовой шелухи смешали с 100 мл едкого натра (NaOH) в пластиковом контейнере.
- Раствор перемешивали 30 минут при комнатной температуре для преобразования силиката в золе в силикат натрия.
- В раствор добавили азотную кислоту для контроля концентрации, а затем хлорсульфоновую кислоту.
- При приближении pH к 10 начал формироваться белый гель. Добавление азотной кислоты продолжали до достижения pH 3.
- Гель выдерживали 24 часа при комнатной температуре, затем шесть раз центрифугировали с дистиллированной водой и очищали ацетоном.
- Продукт сушили при 110 градусах Цельсия 24 часа и измельчали в мелкий порошок массой 6,4 грамма. Этот порошок и был кислотой RHSO3H.