спрос на энергию человечества собрания устойчиво является одной из самых больших проблем, с которыми сталкивается наша цивилизация. Использование энергии, по прогнозам, удвоится в течение следующих 50 лет, положив большую нагрузку на ископаемых топливных ресурсов. ¹ Накопление парниковых газов (ПГ) в атмосфере за счет широко распространенного использования ископаемого топлива особенно проблематично, так как CO ₂ , полученные от сжигания ископаемого топлива несет ответственность за 50% антропогенного парникового эффекта. ² Таким образом, масштабное применение возобновляемых и нейтральных углеродных технологий имеет важное значение для удовлетворения повышенных энергетических и материальных потребностей будущих поколений. ^{1, 3}

Растительная биомасса является наиболее универсальным возобновляемым ресурсом, так как он может быть использован для производства тепла, электроэнергии, а также на основе углерода химических веществ, материалов и топлива. Основные преимущества биомассы лигноцеллюлозы по сравнению с другими видами биомассы являются его изобилие, потенциал для высоких урожаев рэг площадь земли и зачастую намного выше экономии выбросов CO _2, который включает в себя высокое удержание углерода в почве. ^{4, 5} Дополнительные преимущества использования биомассы включают местную доступность, низкие требования к капиталу для преобразования биомассы в энергию, а также предотвращение эрозии почвы. ⁸

Основные производители лигноцеллюлозного сырья являются лесная промышленность и сельское хозяйство, а также управление бытовыми отходами. ⁶ Лигноцеллюлоза производство имеет потенциал , чтобы быть расширен, с ума , чтобы ограничение вырубки лесов и избежать замены продовольственных культур и высвобождения потенциальных загрязнителей. ⁷ для получения возобновляемой биомассы , чтобы стать жизнеспособным распространенным источником жидких транспортных топлив и химических веществ, его переработка должна стать экономически конкурентоспособным по сравнению с технологиями преобразования ископаемого топлива. ^{9, 10} ключ к достижению этой цели является повышение урожайности и качества промежуточных продуктов из биомассы , полученных при одновременном снижении стоимость. </ Р>

Лигноцеллюлоза содержит большое количество сахаров , которые могут быть превращены в топливо и химикаты через каталитические и микробиологических превращений. ¹¹ Эти сахара присутствуют в лигноцеллюлозы в полимерной форме , как целлюлозы и гемицеллюлозы. Они могут быть гидролизованы в глюкозу и другие сахарные мономеры , а затем используется для производства биоэтанола и других биологических полученных химикатов и растворителей. ¹²

Для того , чтобы получить доступ к целлюлозных сахаров, предварительная обработка биомассы необходимо с помощью физических, химических или комбинированных процессов. ⁴ предварительной обработки, возможно, самый дорогостоящий шаг в валоризации биомассы лигноцеллюлозы. Поэтому исследования в области совершенствования процессов предварительной обработки является обязательным условием.

Различные технологии предварительной обработки доступны. Особый интерес представляют те, которые отделяют лигнина из целлюлозы (fractionative предварительной обработки). Лигнин, третий главный компонентлигноцеллюлозу, ограничивает доступ гидролизовать агентов к целлюлозы и гемицеллюлозы и снижает выход сахара на тонну исходного материала. ¹¹ Отделенный лигнина может быть использован в качестве дополнительного Biorefinery промежуточного , если она изолирована в подходящем качестве. ¹³ Один fractionative процесс является процессом Крафт , который является наиболее распространенной для предварительной обработки для производства бумаги / целлюлозы. В крафт – варки целлюлозы, древесной щепы помещают в смеси гидроксида натрия и сульфида натрия и нагревают при повышенных температурах около 170 ° С под высоким давлением. ¹⁴ Щелочные реакции удаления гемицеллюлозы и лигнина путем разрушения полимеров до коротких фрагментов с помощью нуклеофильного и основной катализ, а также путем растворения фрагментов лигнина с помощью де-протонирования фенольной гидроксильной / спиртовых групп. Другой распространенный процесс делигнификации процесс Organosolv который также фрагменты и растворяет лигнин и гемицеллюлозы. Вместо того чтобы использовать щелочной aqueoнам решение, органические растворители, такие как этанол и уксусную кислоту используют при высоких температурах в диапазоне от 160-200 ° С и давлении 5-30 бар. Organosolv предварительная обработка имеет ряд преимуществ по сравнению с сульфатной варки в том , что она производит меньше загрязнения воздуха и воды. ¹⁵ Оба процесса обладают некоторыми экономическими проблемами, если они используются для производства химикатов и топлива , а не целлюлоза. ¹⁶ Предварительная обработка Ionosolv использует ионные жидкости, которые являются соли, имеют температуру плавления ниже 100 ° с и, в результате их сильных кулоновских взаимодействий, очень низким давлением паров. ¹⁷ Это исключает загрязнение воздуха в процессе предварительной обработки, а также позволяет обрабатывать при атмосферном или близком к давлению.

В то время как большинство ILs созданы в трудоемкий, многостадийных синтезах, протонные ILs могут быть синтезированы в одностадийном процессе из товарных химических веществ, что делает их менее дорогими; предполагается, что некоторые ILs может быть получен при объемном масштабе дляцена $ 1.24 за кг, что сравнимо с обычными органическими растворителями , такими как ацетон и толуол. ¹⁸ Способность перерабатывать и повторно использовать эти настраиваемые ИЖ в процессе , который работает при сравнительно низких температурах и давлениях , делает это более доброкачественный альтернативный и экономически привлекательным кандидатом для Biorefining.

Этот подробный протокол видео демонстрирует лабораторном версию процесса Ionosolv для делигнификации биомассы лигноцеллюлозы и в конечном итоге ферментативного осахаривания целлюлозы обогащенной целлюлозы, а также восстановление высокой чистоты без запаха лигнина. ¹⁹