Исследователи из Института пищевых исследований изучают, как превратить солому масличного рапса в биотопливо. Предварительные результаты указывают на способы повышения эффективности процесса, а также на то, как можно улучшить саму соломинку.
Солома таких культур, как пшеница, ячмень, овес и масличный рапс, рассматривается как потенциальный источник биомассы для производства биотоплива второго поколения. В настоящее время Великобритания производит около 12 миллионов тонн соломы.
Хотя многое используется для подстилки для животных, грибного компоста и производства энергии, по-прежнему существует значительный избыток.Солома содержит смесь сахаров, которые можно использовать в качестве источника биотоплива, которое не конкурирует с производством продуктов питания, а вместо этого представляет собой устойчивый способ утилизации отходов. Однако сахара находятся в форме, которая делает их недоступными для ферментов, которые высвобождают их для преобразования в биотопливо, поэтому необходима предварительная обработка.
Предварительная обработка делает сложные углеводы более доступными для ферментов, которые превращают их в глюкозу в процессе, называемом осахариванием. Затем он ферментируется дрожжами в этанол.Используя оборудование Центра биопереработки в Норвичском исследовательском парке, профессор Кейт Уолдрон и его команда изучали шаги, необходимые для разблокирования сахаров, связанных в жесткой структуре соломы.
В частности, они рассмотрели этап предварительной обработки, сосредоточив внимание на паровом взрыве, который включает «варку под давлением» биомассы для запуска ряда химических реакций. Затем при быстром сбросе давления материал разрывается, чтобы еще больше улучшить доступ.
Они варьировали температуру и продолжительность парового взрыва, а затем использовали различные физические и биохимические методы, чтобы охарактеризовать, какое влияние изменение предварительной обработки оказывало на различные типы сахаров до и после осахаривания.Количество целлюлозы, превращенной в глюкозу, увеличивалось с увеличением тяжести предварительной обработки. Эффективность осахаривания также связана с потерей определенных сахаров и последующим образованием продуктов распада сахаров.В дальнейшем исследовании, финансируемом BBSRC / EPSRC Integrated Biorefining Research and Technology Club, ученые обнаружили ключевые факторы, определяющие эффективность осахаривания.
Одно конкретное соединение, уроновая кислота, ограничивает скорость работы ферментов. Конечный выход сахара был тесно связан с удалением ксилана, обычного компонента стенок растительных клеток. Обилие лигнина, «древесного» компонента клеточной стенки, положительно связано с количеством доступных сахаров.
Эти результаты помогут повысить эффективность преобразования соломы в биотопливо. Например, добавление ферментов, которые более эффективно удаляют ксилан, должно повысить урожайность. Также должен помочь контроль уровня лигнина в материале.
Возможно, даже удастся улучшить саму солому, например, снизить содержание уроновой кислоты в биомассе, как предполагают эти открытия. В основном масличный рапс был выведен для повышения урожайности и устойчивости к болезням, без особого внимания к соломе.
IFR работает с коллегами из Йоркского университета и Центра Джона Иннеса, чтобы выяснить, существуют ли способы выведения большего количества «готовых к биотопливу» сортов масличного рапса с такими же урожаями масличных семян, но с более податливой соломой. Кроме того, полное понимание полисахаридов и других соединений, доступных во время предварительной обработки, может означать, что другие ценные побочные продукты, такие как платформенные химикаты, могут быть жизнеспособны из избыточной соломы.
