En comparación con los biocombustibles de primera generación producidos a partir de cultivos alimentarios, La producción de biocombustibles de segunda generación para uso diario es un tema urgente. En este estudio, Los investigadores desarrollaron un nuevo zwiterión líquido de tipo carboxilato como disolvente de biomasa, que podría disolver la celulosa con muy baja toxicidad para los microorganismos. El uso de este nuevo disolvente permite una reducción significativa del coste energético para la producción de etanol a partir de biomasa no alimentaria. Por lo tanto, La producción de biocombustible de etanol de segunda generación está a la vista de una implementación práctica.

El etanol se produce a partir de cultivos alimentarios como el maíz, y por lo tanto representa una amenaza para el suministro de alimentos. Por tanto, es necesario producir etanol a partir de biomasa no alimentaria como las malas hierbas, papel de desecho, etc. Los disolventes necesarios para la producción de biocombustible etanol de segunda generación son muy tóxicos para los microorganismos. Son necesarios procesos complicados para eliminar estos disolventes altamente tóxicos, como lavarse con agua, separación por centrifugación y compresión. Como resultado, la energía recuperada en este etanol es menor que la requerida para producirlo, es decir., hay un balance energético negativo y una mayor carga sobre el medio ambiente. Se consideró imposible resolver este problema, Dado que se necesitaba un solvente fuerte para descomponer los materiales vegetales recalcitrantes como la celulosa, mientras que un solvente tan fuerte mataría los microorganismos que juegan un papel esencial en la fermentación necesaria para producir etanol.

En el presente estudio, investigadores de la Universidad de Kanazawa, Japón, logró reducir la toxicidad para los microorganismos mediante el desarrollo de un nuevo disolvente, un ion híbrido líquido de tipo carboxilato para disolver la celulosa de biomasa (Figura 1). El EC50, la concentración de una sustancia que reduce el crecimiento de Escherichia coli al 50 por ciento, se encontró que era 158 g / L para el zwiterión líquido de tipo carboxilato recientemente desarrollado, mientras que la CE50 del líquido iónico, uno de los disolventes convencionales de celulosa, fue de 9 g / L. Esto indica que el nuevo zwiterión líquido de tipo carboxilato muestra una toxicidad 17 veces menor que el líquido iónico.

Con Escherichia coli que puede producir etanol, la capacidad de fermentación fue casi máxima en zwiterión líquido de tipo carboxilato de 0,5 mol / L con una concentración final de etanol de 21 g / L. Por otra parte, el mismo experimento con el líquido iónico produjo solo 1 g / L de etanol. Por lo tanto, la fermentación en presencia del zwiterión líquido de tipo carboxilato produjo 21 veces más etanol que el que utilizó el líquido iónico.

En otro experimento, El bagazo se utilizó como biomasa de la planta de partida para la producción de etanol sin procesos de lavado / separación. La fermentación en presencia del zwiterión líquido tipo carboxilato produjo 1,4 g / L de etanol, mientras que con el líquido iónico no se obtuvo etanol debido a su alta toxicidad (Figura 2).

Con estos resultados experimentales, se muestra que al usar el zwiterión líquido de tipo carboxilato, La biomasa vegetal podría convertirse en etanol en un solo recipiente de reacción sin procesos de lavado / separación. Esto representa un gran paso adelante en la producción y el uso de biocombustible de segunda generación mediante la reducción de grandes cantidades de energía.

Además del biocombustible de primera y segunda generación, un biocombustible de tercera generación, una especie de aceite, puede estar hecho de algunas especies de algas. Para obtener un biocombustible de tercera generación a partir de algas, polisacáridos como la celulosa, que son componentes principales de las paredes celulares, tiene que ser disuelto. La eficiencia energética aumentaría mucho si los polisacáridos disueltos pudieran convertirse en etanol. Un mayor desarrollo de nuestro estudio actual contribuiría significativamente a la producción no solo de etanol de biocombustible de segunda generación, sino también de tercera generación.