Биотопливо первого поколения, промышленный этанол, получают из пищевых растительных продуктов, таких как кукуруза. Естественно, что непищевая биомасса была бы для этого предпочтительнее, но необходимые для этого агрессивные растворители токсичны для микроорганизмов. Для устранения токсичности требуются значительные затраты энергии, что делает такое биотопливо энергетически невыгодным.
Исследователи Университета Каназава создали новый растворитель, в 17 раз менее токсичный в отношении микроорганизмов ― это цвиттер-ионная жидкость карбоксилатного типа (прим. *1). Концентрация, снижающая рост бактерий на 50 процентов, для этой жидкости составляет 158 грамм/литр, тогда как для ионных растворителей (прим. *2) достаточно всего 9 грамм/литр.
Была исследована ферментативная способность бактерий Escherichia coli, вырабатывающих этанол, и при использовании нового растворителя получена концентрация этанола 21 грамм/литр, тогда как с ионной жидкостью выход составляет только 1 грамм/литр.
В другом эксперименте в качестве биомассы использовался жмых сахарного тростника. Ферментация в присутствии цвиттер-ионной жидкости давала 1.4 грамма этанола на литр, а при использовании ионной жидкости этанол не вырабатывался совсем ввиду её токсичности.
Таким образом показано, что с помощью цвиттер-ионной жидкости растительная биомассу можно перерабатывать в этанол за один шаг в том же реакторе, минуя промывку и сепарирование, что существенно увеличит выход этанола.
Помимо этанола первого и второго поколения существует и биотопливо третьего поколения ― похожее на нефть, получаемое из некоторых видов водорослей. Оно является продуктом расщепления полисахаридов, таких как целлюлоза, из которых в основном состоят клеточные оболочки. Энергоэффективность значительно вырастет, если продукты расщепления целлюлозы можно будет превращать в этанол ― уже третьего поколения.
Примечания
- цвиттер-ионная жидкость карбоксилатного типа ― новый малотоксичный растворитель. В отличие от ионных растворителей, положительные и отрицательные заряды в нём образуют ковалентную связь.
- ионная жидкость ― соль, жидкая при температуре ниже 100 ºC. Состоит из пар противоположно заряженных ионов, и способна расщеплять биомассу и целлюлозу.