La fermentazione efficace all'etanolo da cellulosa

La cellulosa è la macromolecola biologica più abbondante sulla terra, la componente principale di legno e pianta pareti della cellula. Se si potrebbe essere in modo affidabile ed efficiente trasformato in combustibile come etanolo, cellulosa offrirebbe società umana una fonte di energia sostenibile. Molti scienziati stanno lavorando per rendere questo sogno una realtà. In primo luogo, tuttavia, dovranno superare diverse sfide difficili.

Pre-trattamento

In primo luogo, la biomassa viene elaborato da e sminuzzare. Se la materia prima è il legno, ad esempio, può essere tagliata fino nelle porzioni più piccole, che rende più facile da trasportare e aumenta anche la superficie per reazioni chimiche. Successivamente la biomassa è pretrattata tramite idrolisi acida o esplosione di vapore. Nella tecnica di esplosione di vapore, l'acqua è iniettato nelle fibre vegetali e riscaldata rapidamente e quindi esso si trasforma in vapore, scoppio aprire i fasci di fibre. In alternativa, acidi forti possono abbattere i fasci di fibre attraverso idrolisi acida.

Idrolisi enzimatica

Successivamente, le fibre pretrattate sono esposti ad una soluzione di enzimi che degradano la cellulosa in zuccheri glucosio. Endocellulase, exocellulase e beta-glucosidasi sono tre tipi di enzimi che ciascuno un ruolo in questo processo. Endocellulase interrompe la struttura della cellulosa, mentre exocellulase fa tagli all'estremità delle catene di cellulosa. Beta-glucosidasi rompe i legami tra molecole vicine di glucosio. Purtroppo, questo processo non si rompe la lignina anche trovata in pareti cellulari della pianta, che è più refrattaria al trattamento.

Fermentazione

Successivamente, la soluzione di glucosio è alimentata ai microbi come il lievito, che consumare e produrre etanolo come sottoprodotto del loro metabolismo. Questa parte del processo non è diversa dal processo di fermentazione che trasforma l'uva in vino. Lievito non può crescere se la concentrazione di etanolo diventa troppo alta, tuttavia, quindi il prodotto della fermentazione deve successivamente essere distillato per aumentare la concentrazione di etanolo. Distillazione può solo ottenere un contenuto di etanolo di circa il 97 per cento, così setacci molecolari o altre tecniche sono necessarie per rimuovere il contenuto di acqua rimanente.

Sfide

Il principale ostacolo alla commercializzazione di etanolo cellulosico è il costo. Etanolo cellulosico deve competere con etanolo benzina e mais, entrambi i quali sono più poco costosi produrre. Gli scienziati stanno lavorando per migliorare il processo in diversi modi. Pareti cellulari della pianta contengono emicellulosa, un polimero che incorpora entrambi gli zuccheri e cinque - sei-carbonio, ma lievito solo può fermentare gli zuccheri del sei-carbonio. Alcuni ricercatori sono geneticamente ingegneria lievito per superare questo problema. Altri stanno lavorando per ridurre il contenuto di lignina delle piante come switchgrass e miscanto, che renderebbe più facile per elaborarli in modo efficiente. Forse la sfida più importante, tuttavia, è il costo piuttosto elevato degli enzimi.