Par rapport aux biocarburants de première génération produits à partir de cultures vivrières, la production de biocarburants de deuxième génération pour un usage quotidien est une question urgente. Dans cette étude, les chercheurs ont développé un nouveau zwitterion liquide de type carboxylate comme solvant de la biomasse, qui pourrait dissoudre la cellulose avec une très faible toxicité pour les micro-organismes. L'utilisation de ce nouveau solvant permet une réduction significative des coûts énergétiques pour la production d'éthanol à partir de biomasse non alimentaire. Ainsi, la production d'éthanol biocarburant de deuxième génération est en vue d'une mise en œuvre pratique.

L'éthanol est produit à partir de cultures vivrières comme le maïs, et constitue donc une menace pour l'approvisionnement alimentaire. Il est donc nécessaire de produire de l'éthanol à partir de biomasse non alimentaire comme les mauvaises herbes, vieux papiers, etc. Les solvants nécessaires à la production d'éthanol biocarburant de deuxième génération sont hautement toxiques pour les micro-organismes. Des processus compliqués sont nécessaires pour éliminer ces solvants hautement toxiques, comme le lavage à l'eau, séparation par centrifugation et compression. Par conséquent, l'énergie récupérée dans cet éthanol est inférieure à celle nécessaire à sa production, c'est à dire., il y a un bilan énergétique négatif et une plus grande charge sur l'environnement. Il a été jugé impossible de résoudre ce problème, puisqu'un solvant agressif était nécessaire pour décomposer les matières végétales récalcitrantes comme la cellulose, alors qu'un solvant aussi agressif tuerait les micro-organismes qui jouent un rôle essentiel dans la fermentation nécessaire à la production d'éthanol.

Dans la présente étude, chercheurs de l'Université de Kanazawa, Japon, a réussi à réduire la toxicité pour les micro-organismes en développant un nouveau solvant, un zwitterion liquide de type carboxylate pour dissoudre la cellulose de biomasse (figure 1). L'EC50, la concentration d'une substance qui réduit la croissance d'Escherichia coli à 50 pour cent, s'est avéré être de 158 g/L pour le zwitterion liquide de type carboxylate nouvellement développé, alors que la CE50 du liquide ionique, l'un des solvants classiques de la cellulose, était de 9 g/L. Cela indique que le nouveau zwitterion liquide de type carboxylate présente une toxicité 17 fois inférieure à celle du liquide ionique.

Avec Escherichia coli qui peut produire de l'éthanol, la capacité de fermentation était presque maximale dans 0,5 mol/L de zwitterion liquide de type carboxylate avec une concentration finale en éthanol de 21 g/L. D'autre part, la même expérience avec le liquide ionique n'a produit que 1 g/L d'éthanol. Ainsi, la fermentation en présence du zwitterion liquide de type carboxylate a produit 21 fois plus d'éthanol que celle utilisant le liquide ionique.

Dans une autre expérience, la bagasse a été utilisée comme biomasse végétale de départ pour la production d'éthanol sans processus de lavage/séparation. La fermentation en présence du zwitterion liquide de type carboxylate a produit 1,4 g/L d'éthanol, alors qu'aucun éthanol n'a été obtenu avec le liquide ionique en raison de sa forte toxicité (Figure 2).

Avec ces résultats expérimentaux, il est montré qu'en utilisant le zwitterion liquide de type carboxylate, la biomasse végétale pourrait être convertie en éthanol dans un seul pot de réaction sans processus de lavage/séparation. Cela représente un grand pas en avant dans la production et l'utilisation d'éthanol biocarburant de deuxième génération en réduisant de grandes quantités d'apport énergétique.

Outre l'éthanol biocarburant de première et de deuxième génération, un biocarburant de troisième génération, une sorte d'huile, peut être fabriqué à partir de certaines espèces d'algues. Afin d'obtenir un tel biocarburant de troisième génération à partir d'algues, polysaccharides comme la cellulose, qui sont les principaux composants des parois cellulaires, doivent être dissous. L'efficacité énergétique serait considérablement augmentée si les polysaccharides dissous pouvaient être convertis en éthanol. La poursuite du développement de notre étude actuelle contribuerait de manière significative à la production non seulement d'éthanol de biocarburant de deuxième génération mais également de troisième génération.