植物廃棄物をバイオ燃料に簡単に変える方法

植物廃棄物をバイオ燃料に簡単に変える方法

植物廃棄物からエタノールなどのバイオ燃料をより安価に製造し、化石燃料への依存を減らすことができる新しいプロセスを開発しました。

Green Chemistry誌のRutgers主導の研究によると、植物繊維をエタノール製造に必要な糖に素早く変換するアンモニア塩ベースの溶媒を特徴とする彼らのアプローチは、従来のプロセスとは異なり、室温近くでうまく機能します。

「今回の前処理システムは、エタノールのようなバイオ製品の製造に使用される溶媒処理セルロース(植物繊維)をグルコース(糖)に変える酵素の使用を最大50倍削減できます。」
「同様のプロセスにより、トウモロコシの茎や葉などの廃棄バイオマスからバイオ燃料を生産するコストを大幅に削減できます。」

溶媒は、植物廃棄物中のリグニンの80%以上を抽出することもできます。 Chundawat氏によると、植物繊維に結合して植物繊維を強化するリグニンは、将来価値のある芳香族化学物質の品質向上に役立つ可能性があります。
この研究は、セルロースが分子レベルでどのように溶解するかをよりよく理解するために、植物廃棄物のような複雑な生物学的システムが処理中にどのように反応するかを分析するためのオークリッジ国立研究所とハイテクBio-SANS機器の成果から恩恵を受けました。

たとえば、トウモロコシの茎、葉、およびその他の残留物(コーンストーバーと呼ばれる)およびスイッチグラスには、繊維より細い細い繊維であるセルロースミクロフィブリルが密に詰まっています。ミクロフィブリルは、酵素または微生物を使用して分解することが難しく、バイオマス中の多くの植物ベースの材料をバイオ燃料または生化学物質に変えることを困難にします。バイオマスには、再生可能エネルギー生産および産業プロセスに使用される微生物、植物、または動物由来の材料が含まれます。

酵素を用いたセルロースのグルコースなどの糖への変換を高速化するには、適切な溶媒または熱および/または化学ベースの前処理が必要です。過去150年間で、セルロース繊維を分解できるいくつかの溶媒が研究されてきました。しかし、ほとんどの溶媒は高価なままであるか、効果的な動作圧力または温度の極端な範囲が必要です。

アンモニア塩ベースの溶媒システムは、酵素を使用してセルロースの糖への変換を迅速化します。バイオマスからエタノールなどのバイオ燃料を作るコストの約15〜20%を酵素が占めることができるため、バイオ燃料の生産コストを大幅に削減できます。

次のステップは、コーンストーバー、都市固形廃棄物、スイッチグラスやポプラのようなバイオエネルギー作物などのバイオマスの前処理プロセスを最適化することです。さらに、より堅牢な酵素を開発してコストをさらに削減します。

参考文献

Shishir P. S. Chundawat et al, Ammonia-salt solvent promotes cellulosic biomass deconstruction under ambient pretreatment conditions to enable rapid soluble sugar production at ultra-low enzyme loadings, Green Chemistry (2019).
DOI: 10.1039/C9GC03524A

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