©УНК 2011

крізь лігнін і зріджену біомасу, хоча деталі цього процесу ще не повністю вивчені. Хімік
Бред Холмс і його колеги в інституті Joint BioEnergy Institute в Емервілі, Каліфорнія,
використовують іонні рідини для розчинення кристалічної целюлози, а потім
відновлюють її у більш зручний твердий аморфний стан.
Але вирішальний крок у цьому процесі - виділення цукру з іонних рідин - виявився
складним завданням. Крім вартості і хімічних втрат деякої частини іонної рідини, є ще
одна проблема: якщо яка-небудь іонна рідина залишається в цукровій суміші, вона
запобігає функціонуванню ферментів при наступній стадії бродіння. Група Холмс
перевіряє борну кислоту як можливе рішення отримання цукрів без руйнування іонних
рідин, але технологія все ще молода. Ймовірно вона не буде доступною у великих
масштабах наступні десять років, каже він.
При цьому роль хімії не закінчується на попередній обробці. Обробка рослин для
виробництва біопалива повинна бути величезною, що вимагає величезної кількості
ферментів. Тому чисто хімічний шлях до лігноцелюлозного біопалива може виявитися
простіший, ніж ферментативний маршрут, говорить ензимолог, який згодом почав
займатися хімією, Рональд Рейнс, який працює в університеті Вісконсін-Медісон. «Я
поважаю ферменти, але вони можуть бути досить тендітними», говорить він. «І вони
безумовно дорогі». Хімічний підхід до проблеми може скористатися великим досвідом
хімічної промисловості. «Ми знаємо, як користуватися хімією при дуже великих
масштабах», говорить Рейнс.
Дослідницька група Рейнса розробила систему, яка використовує іонну рідину, що
складається з N, N-диметилацетаміду і хлориду літію, що можуть розчиняти целюлозу без
зміни її хімічної будови. Цей процес може виробляти корисне паливо з рослинної біомаси
в одну стадію при температурі нижче 140 °C.
Паливо, яке група Рейнса отримує після цього, належить до іншої сім'ї етанольного
біопалива: фуранів. За допомогою каталізатора хрому, Рейнс може отримати речовину під
назвою 5-гідроксиметилфурфурол, або ГМФ, яка, в свою чергу, може бути використана
для виробництва перспективного замінника бензину - ДМФ, або 2,5-диметилфурана. ДМФ
також може змішуватися за таким способом, що й існуючий зараз етанол, і є на близько
40% більш високоенергоємним, ніж етанол – подібно до рівня бензину - він має великий
потенціал на роль біопалива. «Ми дуже задоволені ДМФ», говорить він.
Незважаючи на ентузіазм Рейнса, ДМФ повинен пройти ретельні дослідження, перш ніж
зможе бути прийнятий в якості біопалива. Безпека перш за все, так як ДМФ, як відомо,
токсичний для нервової системи, а наслідки викидів ДМФ поки що повністю не
зрозумілі. Початкові тести на ДМФ були проведені і є обнадійливими: ДМФ має
маломасштабні викиди твердих частинок в порівнянні з бензином та аналогічні показники
згорання.
З іншого боку, хімія також дає альтернативу ферментам, які є природними
каталізаторами. Хіміки Джон Хартвіг та Олексій Сергєєв з Університету штату Іллінойс в
Урбана-Шампейн недавно повідомили, що нікелевий каталізатор вибірково видаляє атоми
кисню з модельних сполук лігніну в точних місцях без руйнування всієї молекули. Чим
менше кисню в лігніні, тим краще він працює як паливо.
Нікелевий каталізатор працює так: зруйнувавши зв’язок вуглець-кисень у алкіловому
вуглецевому ефірі, молекулах арилового ефіру та діарилового ефіру, потім замінюють
атоми водню на кисень, залишаючи решту аренової молекули нетронутою. При
попередніх спробах вибірково розірвати цей вуглець-кисневий зв’язок використовували
високі температури і тиск, в результаті яких атом водню прикріплявся в інших позиціях
© УНК 26