Учёные используют суперкомпьютер Titan для изучения «лигнинового щита»
Исследователи возрождают мечту Генри Форда о рентабельном биотопливе, таком как этанол из растительной биомассы. Основная проблема — лигнин, защитный компонент растений, который затрудняет превращение целлюлозы в сахара для брожения.
Учёные из Oak Ridge National Laboratory (ORNL) и BioEnergy Science Center (BESC) с помощью суперкомпьютера Titan изучили экспериментальный метод предобработки биомассы — Cosolvent Enhanced Lignocellulose Fractionation (CELF). Он в 3 раза эффективнее обычной кислотной предобработки.
Как работает CELF?
Метод использует двухкомпонентный растворитель: воду и тетрагидрофуран (THF). Молекулярное моделирование на Titan показало:
- В обычных условиях лигнин сбивается в комки, защищаясь от воды, и блокирует доступ к целлюлозе.
- THF действует как щит: он связывается с лигнином и водой, образуя барьер между ними. Это заставляет лигнин раскрываться в длинные цепи, которые легче удалить при промывке.
Ключевые выводы моделирования
- Эффективность CELF сохраняется даже при низких температурах, что может удешевить процесс.
- THF не только защищает лигнин от воды, но и удерживает воду возле химических связей лигнина, которые легко разрываются кислотой. Это может ускорять разрушение лигнина.
- Исследование подтвердило, что THF способствует разрыву связей в лигнине.
Дальнейшие планы
Следующий шаг — смоделировать на Titan сами химические реакции разрыва связей в лигнине под действием растворителя. Это поможет понять механизм процесса и, возможно, найти катализатор для его ускорения.
Исследование поддержано DOE Office of Science и проведено в рамках программ ALCC и INCITE.