التبديل من السليلوز إلى جزيئات صغيرة من السكريات
طور فريق من العلماء من معهد ماكس بلانك لأبحاث الكربون (MPI-KoFo) في موهلهايم سور لا رور طريقة جديدة تسمح بتكسير السليلوز بسهولة نسبيًا إلى وحدات بنائه وهي السكريات. قد يفتح هذا الباب أمام إنتاج المواد الخام والوقود الحيوي من الكتلة الحيوية التي يتم الحصول عليها من الخشب أو نفايات النباتات ، وبالتالي دون منافسة مع المنتجات الغذائية.
السليلوز ، الجزيء العضوي الأكثر شيوعًا على وجه الأرض ، هو المكون الرئيسي للخلايا النباتية. نظرًا لأنه مستقر بشكل خاص ، كان من الصعب حتى الآن على الصناعة أن تشقها في مكوناتها الأولية. وبالتالي تركت كمية كبيرة من الطاقة غير مستخدمة.
تمكن روبرتو رينالدي وريجينا بالكوفيتس وفيردي شوث من MPI-KoFo الآن من التغلب على هذه العقبة ، باستخدام محفز حمض صلب ووسط أيوني. تسمح العملية الناتجة بتقسيم سلاسل طويلة من السليلوز بشكل انتقائي إلى قطع صغيرة في غضون ساعات أو أقل. بالإضافة إلى ذلك ، هناك ميزة تتمثل في ظهور القليل من المنتجات الثانوية ، مما يقلل من خطر حدوث مضاعفات بعد العلاج. يمكن استعادة المحفز وإعادة استخدامه في نهاية التفاعل.
أولاً ، وضع الباحثون جزيء السليلوز في محلول أيوني. وهو عبارة عن ملح سائل في درجة حرارة الغرفة ، ويحتوي على عناصر موجبة وسالبة الشحنة. يوضح ف.شوث: "تتيح هذه الخطوة الوصول إلى سلاسل طويلة من السليلوز للتفاعلات الكيميائية التالية ، وبالتالي يمكن مهاجمة السليلوز بواسطة المحفزات الصلبة".
في غضون ذلك ، حدد فريق MPI-KoFo الخصائص التي يجب أن يمتلكها المحفز من أجل شق السليلوز. يجب أن تكون المادة حمضية ، أي قادرة على إعطاء H + بروتونات. يجب أن تحتوي أيضًا على مساحة سطح كبيرة ومسام بالحجم المناسب ، لأن السليلوز المذاب في المحلول الأيوني شديد اللزوجة ، مما يعقد نقل السلاسل إلى المحفز. "لقد اكتشفنا أن الراتينج المعدل كيميائيًا مناسب بشكل خاص لتقسيم روابط السكر في السليلوز" ، يتابع فيردي شوث.
مع إضافة الماء ، تغوص سلاسل السكر المختصرة في القاع ، بحيث يسهل فصلها عن المحلول. ثم يقوم الباحثون بتصفية المحلول واستعادة المحفز. "من أجل تحقيق أصغر لبنات بناء السليلوز أخيرًا ، من الضروري اتخاذ خطوة إضافية من خلال ، على سبيل المثال ، استخدام الإنزيمات." تقطع هذه السلاسل القصيرة إلى جزيئات سكر معزولة. تسمى عملية "التكسير" - من السليلوز إلى جزيئات الجلوكوز - إزالة البلمرة.
تجعل الطريقة الجديدة من الممكن ، من بين أمور أخرى ، قطع مكونات نباتية مستقرة للغاية ، مثل السليلوز البلوري الدقيق ، أو حتى الخشب. شوث: "يمكننا أن نقول إنه بفضل هذه الطريقة ، يمكن تفكيك الخشب إلى سكريات".
يفتح علاج السليلوز هذا العديد من السبل للتطبيق. يمكن أن تتعرض جزيئات السكر التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة للتخمير الكحولي ثم يتم إنتاج الإيثانول كوقود حيوي ، دون التنافس مع المنتجات الغذائية. يمكن استخدام قصاصات من الخشب أو القش كمادة أساسية. ومع ذلك ، لا يزال يتعين القيام بأعمال تطوير كبيرة قبل استخدام هذه الطريقة على نطاق واسع. على وجه الخصوص ، تعتبر الحلول الأيونية باهظة الثمن ، مما يتطلب إعادة استخدامها في دورة الإنتاج ، وبالتالي تطوير نهج إعادة التدوير.
Ferdi Schüth - Max-Planck-Institut für Kohlenforschung، Mühlheim an der Ruhr - الهاتف: +49 208 306 - البريد الإلكتروني: schueth@mpi-muehlheim.mpg.de
المصدر BE ألمانيا