CO2——生產生物燃料的銀色子彈

材料牛注：JBEI科學家使用氣態CO2降低用于生產生物燃料的離子溶液的堿性，使得乙醇的產率高達83%，生產成本降低50%~65%。CO2成為生產生物燃料的銀色子彈。

一直以來，JBEI用于生產生物燃料的離子液體是高堿性的，必須將離子液體清洗以降低堿性，從而不影響生產后續步驟中用到的酶和微生物（酶作用于預處理后的纖維素和半纖維素的漿料，該過程產生糖，即糖化過程；微生物使糖轉化為生物燃料，即發酵過程）。JBEI科學家提出：使用氣態CO2降低離子溶液的堿性。

這一想法來源于Berkeley National Laboratory（能源部勞倫斯伯克利國家實驗室）和Sandia National Laboratories（桑迪亞國家實驗室）的研究人員，他們均在JBEI研究該項目。研究人員之所以選擇CO2，是因為CO2可以增加溶液的酸度（該規則在海洋世界也成立，海水的酸度隨著CO2吸收量的增多而增大）。

科學家已經證實，在生物燃料生產的解構階段加入CO2，可以成功降低離子溶液的堿性。研究人員檢測了15種不同濃度下的離子溶液。在所有的離子溶液中，賴氨酸膽堿（由賴氨酸、膽堿、氨基酸混合而成的離子溶液）和商用酶、微生物混合物的生物親和性最好。他們做了不同濃度和不同CO2氣壓下的系列研究。實驗表明，對于酶和微生物來說，CO2的最佳濃度是每平方英尺145磅，此時乙醇的產率高達83%。

Energy and Environmental Sciences雜在本月報道了該研究成果，認為該研究解決了擴大生物燃料市場的重大障礙——降低生產成本。

這一方法有諸多優勢：

一 ?降低成本
“預處理是生物燃料生產過程中最昂貴的一部分，”JBEI生物質預處理能源研究中心主任Seema Singh說，“如果算上整個生產周期，預處理的成本僅次于成長和獲得原料本身的成本。”該方法極大的簡化了生物燃料電池的生產工藝流程，省去了分離、提純液體（生物質預處理之后的液體和糖化、發酵之前的液體）的步驟。

Berkeley Lab生物系統工程部主任Simmons說，“調節pH的過程是可逆的，可以在一個反應器中多次重復預處理過程，這比使用多個反應器更加有效，并且降低了成本。”據初步經濟分析可知，與傳統的基于離子液體的預處理方法相比，該方法可以降低50%~65%的生產成本。

二 ?可實施性強
該技術可以很容易的被整合到現有的工業運營中。“使用并去除工業環境中的加壓氣體是我們已經做了一個多世紀的事。”JBEI負責解構研究的副指揮BlakeSimmons說，“這項技術適合強大可靠的工業體系。”

三 ?環保
研究人員指出，微生物在發酵的過程中釋放CO2，可以將這些CO2用在預處理中。此外，該過程是可逆的，允許液體作為溶劑循環利用。這些使該過程變得更環保。

創造出一支“銀色獵槍”

幾十年來，研究人員致力于簡化生產工藝、降低能耗。一些研究專注于提高酶和微生物在離子溶液中的耐受性，而該項研究的重點是中和離子溶液，使酶和微生物在離子溶液中不會失去活性。

“我們正在繼續簡化生物燃料的生產工藝，有很多方法可以做到這一點，”Simmons說，“我們的使命是進行創新的科學研究，開發出多種解決辦法。工廠可以從中挑選出最適合它們商業模式的方法。我們不是在創造銀色子彈（比喻具有極端有效性的解決方法），我們是在創造銀色獵槍。”

研究人員表示，下一步致力于將該方法應用于先進生物燃料的生產中，這些先進生物燃料將應用于汽車燃料、柴油機和航空燃料。

參考原文鏈接：Scientists harness CO2 to consolidate biofuel production process

論文地址：enabled process integration for the production of cellulosic ethanol using bionic liquids

本文由編輯部王宇提供素材，朱曉秀編譯，點我加入材料人編輯部。