המקדים של ביומסה Lignocellulosic עם נוזלים יוניים בעלות נמוכה

חדרי הביקוש לאנרגיה של האנושות בר קיימא הוא אחד האתגרים הגדולים שהציוויליזציה שלנו פרצופים. שימוש באנרגיה צפוי להכפיל ב 50 השנים הבאות, הגדלת עומס רב יותר על משאבי דלק מאובנים. ¹ ההצטברות של גזי חממה (GHG) באטמוספרה באמצעות שימוש בדלק מאובנים רחב התפשט היא בעייתית במיוחד, כמו CO ₂ שנוצר משריפה דלקים מאובנים אחראים 50% של אפקט החממה אנתרופוגניים. ² לכן, יישום בקנה מידה הגדולה של טכנולוגיות ניטראליות מתחדשות פחמן חיוני שעונה על הצרכים של הדורים הבאים אנרגיה וחומרים המוגבר. ^{1, 3}

ביומסה הצמח הוא משאב מתחדש המגוונים ביותר, כפי שהוא יכול לשמש כדי לייצר חום, חשמל, כמו גם, חומרים כימיקלים מבוססי פחמן ודלקים. היתרונות העיקריים של ביומסה lignocellulosic פני סוגים ביומסה אחרים הם שפע, הפוטנציאל שלה PE תשואות גבוהותאזור r אדמה ועל פי רוב חיסכון פליטה CO ₂ גבוה יותר, הכולל שימור גבוה של פחמן בקרקע. ^{4, 5} יתרונות של שימוש ביומסה כולל זמינות מקומית, דרישות הון נמוכות להמיר ביומסה לאנרגיה, ומניעת סחף קרקע. ⁸

המפיקים הגדולים של חומר זינה lignocellulosic הם תעשיית ייעור במגזר החקלאי וכן ניהול פסולת עירונית. ⁶ ייצור lignocellulose יש פוטנציאל להיות מורחבת, עם מוח כדי להגביל יערות והימנעות החלפת גידולי מזון שחרור מזהמים פוטנציאליים. ⁷ עבור ביומסה מתחדשת להפוך למקור נפוץ קיימא של דלקים לתחבורה נוזלים כימיקלים, העיבוד שלה חייב להיות תחרותי כלכלי עם טכנולוגיות מרת דלק מאובנים. ^{9, 10,} אחת הדרכים להשגה זו היא להגביר את התפוקה ואיכות של חומרי ביניים הנגזרות ביומסה תוך צמצום עלות. </ P>

Lignocellulose מכיל שיעור סוכרים גבוהה אשר ניתנות להמרה דלקים וכימיקלים באמצעות המרות הקטליטי מיקרוביאלי. ¹¹ סוכרים אלה נמצאים lignocellulose בצורה פולימריים כמו תאית hemicellulose. הם יכולים להיות הידרוליזה לתוך מונומרים גלוקוז וסוכר אחרים ולאחר מכן המשמשים לייצור ביו-וכימיקלים שמקורם ביו אחרים וממסים. ¹²

כדי לגשת הסוכרים התאיים, המקדים של ביומסה יש צורך הדרך פיזי, כימי או תהליכים משולבים. ⁴ המקדים הוא לטעון את הצעד היקר ביותר יִצוּב מְחִיר של ביומסה lignocellulosic. לפיכך מחקר לתוך תהליכי המקדים שיפור הכרחי.

טכנולוגיות מקדימות שונות זמינות. מעניין במיוחד הם אלה שמפרידים בין ליגנין מתאית (מקדים fractionative). ליגנין, המרכיב העיקרי השלישיlignocellulose, גישת גבולות hydrolyzing סוכנים תאיים hemicellulose ומקטינה את תשואת הסוכר לטון של זינה. ¹¹ ליגנין המופרד יכול להיות מנוצל כמו biorefinery נוסף ביניים אם היא מבודדת באיכות מתאימה. ¹³ אחת תהליך fractionative הוא תהליך קראפט אשר הוא המקדים הנפוץ ביותר לייצור נייר / תאי. בשנת מעיכת קראפט, שבבי עץ ממוקמים בתוך תערובת של הידרוקסיד נתרן גופרתי נתרן מחומם בטמפרטורות גבוהות של כ 170 מעלות צלזיוס בלחץ גבוה. ¹⁴ התגובות אלקליין להסיר hemicellulose ו ליגנין ידי שבירת הפולימרים עד שברים קצרים דרך nucleophilic ו בסיס קטליזה, ועל ידי המסת שברי הליגנין באמצעות דה-protonation של קבוצות הידרוקסיל פנוליות / אלכוהול. תהליך נוסף delignification נפוץ הוא תהליך Organosolv אשר גם שהברים מתמוסס ליגנין ו hemicellulose. במקום להשתמש aqueo אלקלייןפתרון אותנו, ממיסים אורגניים כגון אתנול וחומצה אצטית משמשים בטמפרטורות גבוהות הנעים בין 160-200 מעלות צלזיוס ולחצים מסרגל 5-30. יש מקדים Organosolv כמה יתרונות על פני קראפט מעיכה בכך שהיא מייצרת פחות אוויר וזיהום מים. ¹⁵ שני התהליכים להחזיק כמה אתגרים כלכליים, אם משתמשים בו לייצור כימיקלים ודלקים ולא תאי. ¹⁶ מקדים Ionosolv משתמש נוזלים יוניים, אשר הם מלחימים יש נקודת התכה מתחת ל -100 מעלות צלזיוס, כתוצאת אינטראקציות Coulombic החזקות שלהם, לחץ אדים נמוכים מאוד. ¹⁷ זה מבטל זיהום אוויר בתהליך המקדים, ומאפשר עיבוד ליד או בלחץ אטמוספרי.

בעוד שרוב ILs נוצר סינתזות מייגעות, רבי שלבים, ILs protic יכול להיות מסונתז תהליך חד-שלב מ כימיקלי סחורות, מה שהופך אותם פחות יקרים; ההערכה היא כי חלק ILs יכול להיות מיוצר על בקנה מידה גורפת עבורמחיר של 1.24 $ לכל קילו אשר ניתן להשוות בממסים אורגניים שכיחים כגון אצטון טולואן. ¹⁸ היכולת למחזר ולעשות שימוש חוזר ILs להתאמה האישי אלה בתהליך הפועלת יחסית בטמפרטורות נמוכות ולחצים עושה את זה אלטרנטיבה שפירה יותר מועמד אטרקטיבי מבחינה כלכלית עבור Biorefining.

פרוטוקול וידאו מפורט זה מדגים גרסה בקנה מידה במעבדה של תהליך Ionosolv עבור delignification של ביומסה lignocellulosic ואת saccharification האנזימטית הסופי של עיסת התאית עשירה כמו גם ההתאוששות של ליגנין ריח ללא טוהר גבוה. ¹⁹