Лигнин, природный способ защиты клеточных стенок растений, трудно разрушить или удалить из растительных материалов, называемых «биомассой», таких как несъедобные части кукурузы. Однако этот лигнин необходимо экстрагировать, чтобы получить богатую энергией целлюлозу, которая используется для производства биотоплива.
«Поиск недорогих способов удаления лигнина – одно из самых серьезных препятствий для производства рентабельного биотоплива», – говорит Эзинне Ачиниву, доктор философии.D. студент факультета химической и биомолекулярной инженерии в штате Северная Каролина и ведущий автор исследования, описывающего новую технику. "И наш подход очень многообещающий."
Исследователи начали с создания ряда жидких солей, называемых «протонными ионными жидкостями» или PIL. Эти PIL довольно недорогие в приготовлении, потому что они производятся путем смешивания кислоты, такой как уксусная кислота (более известная как уксус), и основания (химический класс материалов, называемых аминами). В рамках процесса предварительной обработки один из PIL смешивается с биомассой, а затем нагревается и перемешивается.
Лигнин растворяется в PIL, оставляя целлюлозу в виде твердого вещества. Целлюлоза, которую теперь намного легче обрабатывать, затем легко фильтруется из смеси для использования на следующих этапах производства биотоплива.
Оставшаяся жидкая смесь PIL-лигнин затем может быть нагрета для дистилляции (или испарения) PIL, оставляя лигнин в виде черного порошка. Пары из PIL собираются и охлаждаются для извлечения жидкой PIL, чтобы ее можно было повторно использовать.
Лигнин также ценен, потому что его можно использовать для производства полимеров или других химических продуктов, которые могут увеличить стоимость эксплуатации объекта по производству биотоплива.
«Этот метод на основе PIL может быть легко расширен и, вероятно, будет более энергоэффективным и менее дорогостоящим, чем существующие методы предварительной обработки биомассы для удаления лигнина», – говорит Ачиниву.
В настоящее время исследователи работают над применением этого метода к древесине и другим материалам сырья биомассы, а также над улучшением понимания и точной настройки взаимодействий между PIL и лигнином. «Если мы сможем лучше понять, как PIL растворяет лигнин, мы сможем сделать процесс еще более эффективным, используя меньше энергии при извлечении большего количества лигнина», – говорит Ачиниву.
Статья «Экстракция лигнина из биомассы протонными ионными жидкостями» опубликована в журнале Green Chemistry.