Солома рапса как новый источник биотоплива

Исследователи из Института исследований питания изучают, как превратить солому масличного рапса в биотопливо. Предварительные результаты указывают на пути повышения эффективности этого процесса, а также на возможность улучшения самой соломы.

Солома таких культур, как пшеница, ячмень, овес и рапс, рассматривается как потенциальный источник биомассы для производства биотоплива второго поколения. В настоящее время Великобритания производит около 12 миллионов тонн соломы в год. Хотя большая часть используется для подстилки животным, грибного компоста и выработки энергии, все еще существует значительный излишек.

Солома содержит смесь сахаров, которые можно использовать для производства биотоплива, не конкурирующего с производством продуктов питания, а представляющего собой устойчивый способ утилизации отходов. Однако сахара находятся в форме, недоступной для ферментов, высвобождающих их для преобразования в биотопливо, поэтому необходимы предварительные обработки.

Исследование предварительной обработки

Используя возможности Центра биопереработки в Научном парке Нориджа, команда профессора Кита Уолдрона изучила этапы, необходимые для высвобождения сахаров, содержащихся в жесткой структуре соломы. Они сосредоточились на стадии предварительной обработки методом парового взрыва, который включает «приготовление под давлением» биомассы для запуска ряда химических реакций. Затем быстрое сброс давления приводит к разрыву материала, что еще больше улучшает доступность.

Ученые варьировали температуру и продолжительность парового взрыва, а затем использовали различные физические и биохимические методы, чтобы охарактеризовать влияние различных предварительных обработок на разные типы сахаров до и после осахаривания.

Ключевые результаты

• Количество целлюлозы, преобразованной в глюкозу, увеличивалось с увеличением интенсивности предварительной обработки.
• Эффективность осахаривания также связана с потерей определенных сахаров и последующим образованием продуктов их распада.
• В ходе дальнейшего исследования было обнаружено, что ключевым фактором, ограничивающим скорость работы ферментов, является конкретное соединение — уроновая кислота.
• Конечный выход сахара тесно связан с удалением ксилана — распространенного компонента клеточных стенок растений.
• Содержание лигнина («древесного» компонента клеточной стенки) положительно коррелировало с количеством доступных сахаров.

Практическое значение и будущее

Эти выводы помогут повысить эффективность преобразования соломы в биотопливо. Например, добавление ферментов, более эффективно удаляющих ксилан, должно повысить выход. Контроль уровня лигнина в материале также должен помочь.

Более того, появилась возможность улучшить саму солому, например, снизив содержание уроновой кислоты в биомассе. В основном рапс селекционировали для повышения урожайности масличных семян и устойчивости к болезням, не уделяя особого внимания соломе. IFR сотрудничает с коллегами из Йоркского университета и Центра Джона Иннеса, чтобы выяснить, можно ли вывести более «готовые к производству биотоплива» сорта рапса с такими же показателями урожайности, но с более подходящей соломой.

Кроме того, полное понимание полисахаридов и других соединений, высвобождаемых во время предварительной обработки, может означать, что другие ценные побочные продукты, такие как платформенные химические вещества, могут быть рентабельно произведены из излишков соломы.