Целлюлозу растворили без ферментов и кислот

Новый способ переработки растительных остатков позволит значительно упростить и удешевить весь процесс получения биотоплива.

Биотопливо давно заменило бы собой обычные нефтепродукты, если бы не несколько проблем, с ним связанных.

Некоторые из них касаются самого биотоплива: скажем, бóльшую его долю сейчас составляет этанол, а его использование не всегда удобно. Другая трудность заключается в самой технологии его производства. Сырьём для биотоплива служат растительные отходы, перерабатываемые микроорганизмами. Но эти отходы состоят большей частью из сложных полимерных углеводов, таких как лигнин и целлюлоза. Чтобы получить из них спирт, их нужно как-то расщепить до более простых молекул. На этот этап уходит много сил, энергии и средств: на «упрощение» растительных волокон приходится 15–20% расходов, требуемых для производства биотоплива.

Разные стадии растворения целлюлозы с помощью гамма-валеролактона до простых сахаров (крайние справа)

Исследователям из Висконсинского университета в Мэдисоне (США) удалось придумать химическую уловку, которая позволит значительно упростить и удешевить разложение сложных углеводов вроде глюкозы.

В журнале Science Джеймс Думесик (James Dumesic) и его коллеги пишут, что растительные волокна можно легко и быстро растворить с помощью гамма-валеролактона с небольшим добавлением соляной кислоты (количество кислоты тут весьма невелико, так что им можно пренебречь). Авторы работы утверждают, что таким образом можно превратить от 85 до 95% исходного материала в растворимые сахара, которые дрожжи легко усвоят.

Конечно, целлюлозу как-то растворяли и раньше, но для этого использовали либо слишком специфические и дорогие солевые растворы, либо очень концентрированные кислоты. И то и другое усложняет процесс; кроме того, от кислот потом бывает трудно избавиться. А гамма-валеролактон делают из самой биомассы, и его потом легко извлечь из реакционной смеси, чтобы он не мешал дальнейшим реакциям.

Что же до ферментативного расщепления целлюлозы, то, как уверяют исследователи, их технология, во-первых, проще, а во-вторых, ничуть не дороже ферментативной (хотя производство ферментов сейчас с каждым днём становится всё дешевле).

Сейчас авторы метода собираются проверить его в мини-промышленном масштабе: в течение полутора лет они хотят добиться результата в литр сахарного раствора в день, а заодно привлечь инвесторов, которые вложились бы в проект и позволили бы ещё сильнее увеличить производство. Если их старания увенчаются успехом, производство биотоплива могут ждать значительные перемены. Для начала, по предварительным прикидкам, эта технология позволяет удешевить весь процесс на 10%.