В результате энергия, рекуперированная в этаноле, полученном таким образом, меньше энергии, необходимой для его производства, то есть возникает отрицательный энергетический баланс (большее производство этанола накладывает большую нагрузку на окружающую среду). Решить эту проблему считалось невозможным, поскольку требовался агрессивный растворитель для разрушения стойких растительных материалов, таких как целлюлоза, в то время как такой агрессивный растворитель убивал бы микроорганизмы (с хрупкими и очень уязвимыми клеточными мембранами), которые играют важную роль в ферментации, необходимой для производство этанола.
В настоящем исследовании исследователи из Университета Канадзавы, Япония, обратились к этой проблеме; им удалось снизить токсичность для микроорганизмов, разработав новый растворитель, жидкий цвиттерион карбоксилатного типа * 1, для растворения целлюлозы биомассы. EC50, концентрация вещества, снижающего рост Escherichia coli до 50%, составила 158 г / л для недавно разработанного жидкого цвиттер-иона карбоксилатного типа, тогда как EC50 ионной жидкости * 2, одной из обычных растворителей целлюлозы, составляла 9 г / л. Это указывает на то, что новый жидкий цвиттерион карбоксилатного типа показывает в 17 раз меньшую токсичность, чем ионная жидкость.
Была исследована ферментационная способность Escherichia coli, способная продуцировать этанол, и было обнаружено, что она почти максимальна в жидком цвиттерионе карбоксилатного типа с концентрацией 0,5 моль / л с конечной концентрацией этанола 21 г / л. С другой стороны, в том же эксперименте с ионной жидкостью было получено только 1 г / л этанола. Таким образом, ферментация в присутствии жидкого цвиттериона карбоксилатного типа дает в 21 раз больше этанола, чем при использовании ионной жидкости.В другом эксперименте жмых использовали в качестве исходной растительной биомассы для производства этанола без процессов промывки / разделения.
Ферментация в присутствии жидкого цвиттер-иона карбоксилатного типа дает 1,4 г / л этанола, в то время как этанол не был получен с ионной жидкостью из-за ее высокой токсичности.С помощью этих экспериментальных результатов показано, что с использованием жидкого цвиттериона карбоксилатного типа биомасса растений может быть преобразована в этанол в одном реакционном сосуде без процессов промывки / разделения. Это должно стать большим шагом вперед в производстве / использовании этанола для биотоплива второго поколения за счет сокращения большого количества потребляемой энергии.
Помимо этанола для биотоплива первого и второго поколений, биотопливо третьего поколения, своего рода масло, может быть получено из некоторых видов водорослей. Чтобы получить такое биотопливо третьего поколения из водорослей, необходимо растворить полисахариды, такие как целлюлоза, которые являются основными компонентами клеточных стенок. Если бы растворенные полисахариды можно было превратить в этанол, то эффективность использования энергии значительно увеличилась бы. Дальнейшее развитие нашего текущего исследования внесет значительный вклад в производство биотопливного этанола не только второго, но и третьего поколения.
Кроме того, большое внимание привлекли уникальные характеристики жидкого цвиттериона карбоксилатного типа, и в настоящее время продолжаются три международных сотрудничества, одно из которых — с Университетом Рутгерса, США.[Глоссарий]Жидкий цвиттерион карбоксилатного типа
Недавно разработанный растворитель, который может растворять биомассу (целлюлозу) с низкой токсичностью для микроорганизмов. Отличие от ионной жидкости в том, что положительный заряд и отрицательный заряд ковалентно связаны. Этот жидкий цвиттерион — второй, о котором сообщается, но это первый, который имеет карбоксилатный анион.Ионная жидкость
Жидкие соли при температуре ниже 100 ºC. Они состоят из различных пар положительно заряженных и отрицательно заряженных ионов, а определенные ионные жидкости, как известно, способны эффективно растворять биомассу и целлюлозу.