Pré-tratamento de biomassa lignocelulósica com baixo custo líquidos iônicos

a demanda de energia da humanidade Reunião de forma sustentável é um dos maiores desafios que a nossa civilização enfrenta. O uso de energia está prevista para dobrar nos próximos 50 anos, colocando maior pressão sobre os recursos de combustíveis fósseis. ¹ O acúmulo de gases de efeito estufa (GEE) na atmosfera através da generalizada uso de combustíveis fósseis é particularmente problemática, como o CO ₂ gerado a partir da combustão de combustíveis fósseis é responsável por 50% do efeito de estufa antropogénico. ² Portanto, a aplicação em grande escala de tecnologias neutras renováveis ​​e de carbono é essencial para satisfazer as maiores necessidades de energia e materiais das gerações futuras. ^{1, 3}

biomassa de plantas é o recurso renovável mais versátil, uma vez que pode ser utilizado para produzir calor, electricidade, bem como produtos químicos à base de carbono, e materiais combustíveis. principais vantagens da biomassa lignocelulósica em relação a outros tipos de biomassa são sua abundância, potencial para altos rendimentos peárea de r de terra e frequentemente muito mais elevada poupança de emissões de CO _2, que inclui alta retenção de carbono no solo. ^{4, 5} Adicional benefícios da utilização da biomassa incluem a disponibilidade local, baixos requisitos de capital para converter biomassa em energia, ea prevenção da erosão do solo. ⁸

Grandes produtores de matérias-primas lignocelulósicas são a indústria florestal e no sector agrícola, bem como a gestão de resíduos urbanos. ⁶ produção de lignocelulose tem o potencial para ser expandida, com uma mente para limitar o desmatamento e evitar a substituição de culturas alimentares e liberação de potenciais poluentes. ⁷ para biomassa renovável para se tornar uma fonte generalizada viável de transporte de combustíveis líquidos e produtos químicos, seu processamento deve tornar-se economicamente competitiva com as tecnologias de conversão de combustíveis fósseis. ^{9, 10} a chave para alcançar este objetivo é aumentar a produtividade ea qualidade dos produtos intermédios derivados de biomassa, reduzindo custo. </ P>

Lignocelulose contém uma elevada proporção de açúcares que podem ser convertidos em combustíveis e produtos químicos através de conversões catalíticas e microbianas. ¹¹ Estes açúcares estão presentes em lignocelulose em forma polimérica como celulose e hemicelulose. Eles podem ser hidrolisados ​​em glucose e outros açúcares monómeros e, em seguida, utilizado para a produção de etanol e outros produtos químicos derivados de bio e solventes. ¹²

Para acessar os açúcares celulósicos, o pré-tratamento da biomassa é necessário através de processos combinados físicos, químicos, ou ^4. O pré-tratamento é sem dúvida o passo mais caro na valorização da biomassa lignocelulósica. Daí a investigação de processos de pré-tratamento melhorados é imperativo.

Várias tecnologias de pré-tratamento estão disponíveis. De particular interesse são aqueles que separar a lenhina da celulose (pré-tratamento fractionative). A lignina, o terceiro componente principal emlignocelulose, limita o acesso de agentes para a celulose e hemicelulose hidrolisar e reduz o rendimento de açúcar por tonelada de matéria-prima. ¹¹ A lignina separada pode ser utilizada como um biorrefinaria adicional intermédia se é isolado na qualidade adequada. ¹³ Um processo fractionative é o processo de Kraft que é o pré-tratamento mais comum para a produção de papel / celulose. No cozimento kraft, as aparas de madeira são colocados numa mistura de hidróxido de sódio e sulfeto de sódio e aqueceu-se a temperaturas elevadas de cerca de 170 ° C e sob alta pressão. ¹⁴ As reacções alcalinas remover hemicelulose e lignina, quebrando os polímeros de baixo para pequenos fragmentos via nucleofilica e catálise básica, e dissolvendo os fragmentos de lenhina por meio de-protonação de grupos hidroxilo / álcool fenólicos. Outro processo de deslignif icação comum é o processo Organosolv que também fragmentos e dissolve a lenhina e hemicelulose. Em vez de utilizar um aqueo alcalinonos solução, solventes orgânicos tais como etanol e ácido acético são utilizados a temperaturas elevadas variando entre 160-200 ° C e pressões de 5-30 bar. Organossolve pré-tratamento tem algumas vantagens sobre processos kraft na medida em que produz menos poluição do ar e da água. ¹⁵ Ambos os processos possuem alguns desafios económicos, se usado para a produção de produtos químicos e combustíveis, em vez de celulose. ¹⁶ O pré-tratamento Ionosolv usa líquidos iônicos, que são sais que têm pontos de fusão inferiores a 100 ° C e, como um resultado das suas interacções de Coulomb fortes, as pressões de vapor muito baixa. ¹⁷ Isto elimina a poluição do ar no processo de pré-tratamento, e permite o processamento em ou próximo da pressão atmosférica.

Enquanto a maioria dos LIs são criados em trabalhoso, sínteses de várias etapas, a ILS próticos podem ser sintetizadas num processo de um-passo a partir de produtos químicos de base, o que os torna menos dispendioso; estima-se que cerca de LIs pode ser produzido em grandes quantidades para uma escalapreço de $ 1,24 por kg, que é comparável com solventes orgânicos comuns, tais como acetona e tolueno. ¹⁸ A capacidade de reciclar e reutilizar estes LIs personalização num processo que opera a temperaturas relativamente baixas e pressões torna esta uma alternativa mais benigna e um candidato economicamente atraente para biorefinação.

Este protocolo de vídeo detalhada demonstra uma versão em escala laboratorial do processo Ionosolv para a deslignificação de biomassa lignocelulósica e a eventual sacarificação enzimática da celulose ricos em celulose, bem como a recuperação de um lignina livre de odor de alta pureza ^19.