二氧化碳已成为乙醇生产配方中的一种秘密成分，这一添加标志着在简化生物燃料生产过程中向前迈出了一大步。
这项创新来自美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)和联合生物能源研究所(JBEI)桑迪亚国家实验室(Sandia实验室)的研究人员。科学家们已经证明，添加二氧化碳(CO2)气体在生物燃料生产的解构阶段成功中和了离子液体的毒性，离子液体是JBEI用于分解纤维素植物材料的室温熔盐溶剂。此外，该过程很容易可逆，允许液体再次回收用作溶剂。
使用二氧化碳作为控制pH值的可逆方法，就无需在生物质预处理之后和生物燃料生产中使用的另外两个主要步骤——糖化和发酵之前对液体进行分离和纯化。
这项研究发表在本月的在线杂志上能源与环境科学它解决了扩大生物燃料市场的一个重大障碍:降低生产成本。
“预处理是生物燃料生产过程中最昂贵的部分，”该研究的通讯作者Seema Singh说，他是JBEI(伯克利实验室领导的美国能源部生物能源研究中心)生物质预处理主任。“如果算上整个生产周期，预处理的成本仅次于种植和获取原料本身的成本。”
根据研究报告中的初步经济分析，CO2与传统离子液体预处理方法相比，强化工艺可降低50% ~ 65%的生产成本。
使用二氧化碳气体中和离子液体的主要吸引力在于，该技术可以很容易地集成到现有的工业操作中。与其他常见的工业气体或ph值调整技术相比，该溶液也相对无毒。
“加压气体在工业环境中的应用和去除是我们一个多世纪以来一直在做的事情，”该研究的资深作者Blake Simmons说，他是JBEI的首席科学技术官和解构副总裁。“这种技术适用于已经强大可靠的工业系统。”
在JBEI用于预处理的离子液体通常是高碱性的，必须冲洗掉，这样它们就不会干扰生物燃料生产后期使用的酶和微生物。在预处理后，需要酶从纤维素和半纤维素浆中释放糖分，这一步骤称为糖化。细菌的工作是将糖转化为生物燃料，这一步骤被称为发酵。
该研究的作者指出，微生物在发酵过程中会产生二氧化碳作为副产品，因此在预处理阶段利用这种气体会产生一种更绿色的能源。
“将气体有限公司2在这个过程中，意味着不需要中和步骤，pH值可以通过添加或释放CO来随时改变2西蒙斯说，他也是伯克利实验室生物科学区生物系统和工程的部门主任。“当pH值调整是可逆的，它使整个过程更有效，因为你可以重复预处理循环几次。而且成本更低，因为现在你可以在一个反应堆里做所有事情，而不是三个。”
创造“银色猎枪”
几十年来，研究人员一直致力于减少这一过程中每个阶段所需的能量和处理量。有些人专注于对酶和细菌进行工程改造，使它们能够承受离子液体的暴露，而本研究则专注于对离子液体进行中和，使其不会伤害酶和微生物。
西蒙斯说:“我们正在继续简化生物燃料生产，有很多方法可以做到这一点。”“我们在JBEI的使命是进行创新科学，为生物能源发展开发多种解决方案，供行业选择，这取决于哪种方案最适合他们的商业模式。我们不是在创造灵丹妙药。我们正在制造一种银色猎枪。”
研究人员转而研究二氧化碳，因为他们知道当二氧化碳被吸收后，与水发生的化学反应会增加液体的酸度。(同样的原理也在世界海洋中起作用，随着海水从大气中吸收二氧化碳的增加，海洋的酸性越来越强。)
在他们的实验中，研究人员筛选了15种不同浓度的离子液体。在离子液体中，科学家们确定了由氨基酸胆碱和赖氨酸混合而成的离子液体——赖氨酸胆酸钠，与市面上的酶混合物和发酵混合物最相容。然后他们用不同浓度和压力的二氧化碳进行了测试。
向系统中添加每平方英寸145磅的二氧化碳，可以使pH值达到对酶和微生物最有利的范围。这使得研究人员能够从最初存在于生物质中的葡萄糖中获得超过83%的乙醇理论产量。
研究人员说，这个过程很快就可以用于乙醇生产。
辛格说:“虽然还有很多挑战，但我们对这一研究领域的进展速度感到非常自豪。”
研究人员说，下一步是将其用于生产“droin”先进生物燃料，这种生物燃料可以直接取代目前汽车、柴油和航空燃料的混合燃料。
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