Il pretrattamento di lignocellulosica biomassa con basso costo Liquidi Ionici

la domanda di energia dell'umanità riunioni in modo sostenibile è una delle più grandi sfide che la nostra civiltà deve affrontare. Il consumo di energia è previsto a raddoppiare nei prossimi 50 anni, mettendo maggiore pressione sulle risorse di combustibili fossili. ¹ L'accumulo di gas ad effetto serra (GHG) nell'atmosfera attraverso l'uso di combustibili fossili diffuso è particolarmente problematico, come CO ₂ generata dalla combustione di combustibili fossili è responsabile del 50% dell'effetto serra di origine antropica. ² Pertanto, applicazione su vasta scala di tecnologie neutrali rinnovabili e di carbonio è essenziale per soddisfare le aumentate esigenze energetiche e materiali delle generazioni future. ^{1, 3}

Pianta biomassa è la fonte rinnovabile più versatile, in quanto può essere utilizzato per produrre calore, elettricità nonché sostanze chimiche a base di carbonio, materiali e combustibili. vantaggi principali di biomassa lignocellulosica rispetto ad altri tipi di biomassa sono la sua abbondanza, possibilità per gli alti rendimenti peR zona di terra e spesso molto più alti _di CO ₂ le riduzioni delle emissioni, che comprende alta ritenzione del carbonio nel suolo. ^{4, 5} Ulteriori vantaggi di utilizzare biomasse comprendono disponibilità locale, bassi requisiti di capitale per convertire la biomassa in energia, e la prevenzione dell'erosione del suolo. ⁸

I principali produttori di materie prime lignocellulosici sono l'industria forestale e del settore agricolo nonché la gestione dei rifiuti urbani. ⁶ produzione lignocellulosa ha il potenziale per essere ampliato, con una mente a limitare la deforestazione e di evitare la sostituzione delle colture alimentari e rilascio di eventuali sostanze inquinanti. ⁷ per biomassa rinnovabile a diventare una causa diffusa vitale di carburanti per il trasporto liquidi e sostanze chimiche, la sua trasformazione deve diventare economicamente competitive rispetto alle tecnologie di conversione dei combustibili fossili. ^{9, 10} una chiave per raggiungere questo obiettivo è di aumentare la resa e la qualità dei prodotti intermedi derivati ​​da biomassa, riducendo costo. </ P>

Lignocellulosa contiene una elevata percentuale di zuccheri che possono essere convertiti in combustibili e prodotti chimici con conversioni catalitiche e microbiche. ¹¹ Questi zuccheri sono presenti in lignocellulosa in forma polimerica come cellulosa ed emicellulosa. Essi possono essere idrolizzate in glucosio e altri zuccheri monomeri e poi utilizzati per produrre bioetanolo e altri prodotti chimici bio-derivato e solventi. ¹²

Per accedere gli zuccheri cellulosici, pretrattamento della biomassa è necessario attraverso fisici, chimici o processi combinati. ⁴ Il pretrattamento è probabilmente il passo più costosa nella valorizzazione di biomassa lignocellulosica. Di qui la ricerca di miglioramento dei processi di pretrattamento è imperativo.

Varie tecnologie di pretrattamento sono disponibili. Di particolare interesse sono quelli che separano la lignina dalla cellulosa (pretrattamento fractionative). Lignina, il terzo componente principale inlignocellulosa, limita l'accesso degli agenti di cellulosa ed emicellulosa idrolisi e riduce la resa di zucchero per tonnellata di materia prima. ¹¹ La lignina separato può essere utilizzato come un bioraffineria ulteriore intermedia se è isolato in qualità adatta. ¹³ Un processo fractionative è il processo Kraft che è il pretrattamento più comune per la produzione di carta / cellulosa. In Kraft macero, trucioli di legno sono posti in una miscela di idrossido di sodio e solfuro di sodio e riscaldato a temperature elevate di circa 170 ° C sotto alta pressione. ¹⁴ Le reazioni alcaline rimuovono emicellulosa e lignina rompendo i polimeri giù per brevi frammenti via nucleofilo e catalisi basica, e cancellando i frammenti lignina via de-protonazione fenolici gruppi idrossile / alcool. Un altro processo delignificazione comune è il processo Organosolv che frammenta e si dissolve anche la lignina ed emicellulosa. Invece di utilizzare un aqueo alcalinasoluzione ci, solventi organici quali etanolo ed acido acetico sono usati ad alte temperature comprese tra 160-200 ° C e pressioni 5-30 bar. Organosolv pretrattamento ha alcuni vantaggi rispetto Kraft macero in quanto produce meno inquinamento dell'aria e dell'acqua. ¹⁵ Entrambi i processi in possesso di alcune sfide economiche, se utilizzato per la produzione di sostanze chimiche e combustibili, piuttosto che di cellulosa. ¹⁶ Il pretrattamento Ionosolv utilizza liquidi ionici, che sono sali che hanno punti di fusione inferiori a 100 ° C e, come risultato della loro potenti interazioni coulombiano, molto basse pressioni di vapore. ¹⁷ Questo elimina l'inquinamento dell'aria nel processo di pretrattamento, e permette l'elaborazione in prossimità o pressione atmosferica.

Mentre la maggior parte ILs vengono creati in laboriose, sintesi multi-step, ILs protici possono essere sintetizzati in un unico passaggio da prodotti chimici di base, che li rende meno costoso; si stima che alcuni ILs potrebbero essere prodotti su scala di massa per unprezzo di $ 1,24 per kg che è paragonabile ai solventi organici comuni quali acetone e toluene. ¹⁸ La possibilità di riciclare e riutilizzare questi ILs personalizzabili in un processo che opera a temperature relativamente basse e pressioni rende questo un più benigno alternativo e un candidato economicamente interessante per bioraffinazione.

Questo protocollo video dettagliato illustra una versione scala di laboratorio del processo Ionosolv per la delignificazione di biomassa lignocellulosica e l'eventuale saccarificazione enzimatica della polpa ricca di cellulosa e il recupero di una elevata purezza lignina inodore. ¹⁹