Le solvant organique GVL dissout la biomasse en différentes fractions de sucre (illustrées ici) qui peuvent être transformées chimiquement ou biologiquement en biocarburants et bioproduits. Crédit :MATTHEW WISNIEWSKI, IEM
Derrière la conversion réussie de la biomasse en un meilleur biocarburant ou un nouveau produit chimique vert, il y a un solvant soigneusement choisi. Le bon solvant dissout non seulement la biomasse, mais améliore également l'efficacité de l'ensemble du processus de conversion, résultant en des rendements plus élevés et un résultat inférieur.
Pour les chercheurs du Centre de recherche sur la bioénergie des Grands Lacs (GLBRC), le rôle central des solvants dans la conversion de la biomasse non alimentaire en biocarburants et bioproduits signifie qu'ils sont mûrs pour l'optimisation. Une meilleure utilisation des solvants pourrait améliorer la rentabilité des bioraffineries, commercialiser une gamme de biocarburants et de bioproduits nouveaux et plus durables, et fournir de nouvelles sources de revenus aux agriculteurs.
Mais les solvants organiques utilisés dans la conversion de la biomasse sont à la fois essentiels au processus et un peu mystérieux. C'est-à-dire, les scientifiques ne comprennent pas fondamentalement « les effets des solvants – ou le rôle que les solvants peuvent jouer dans la modification des vitesses de réaction, voies de réaction, distribution de produits, ou des rendements.
"Nous avons vu des effets de solvant dans les réactions pendant de nombreuses années, " dit Max Mellmer, chercheur à Bristol-Myers Squibb et ancien étudiant diplômé de l'Université du Wisconsin-Madison dans le laboratoire du professeur de génie chimique et biologique James Dumesic. "Mais nous ne comprenons pas, catalytiquement, Comment ils travaillent."
Alors que les chercheurs de tous bords ont traditionnellement choisi différents solvants en fonction de leurs propriétés connues, Mellmer et ses collaborateurs font pression pour une compréhension plus large, une solution qui permettrait aux chercheurs non seulement de mieux comprendre les effets des solvants, mais également d'utiliser ces connaissances pour optimiser les réactions de conversion de la biomasse.
Max Melmer, ancien étudiant diplômé de James Dumesic (génie chimique et biologique), a conçu un nouveau système pour comprendre et prédire le rôle des solvants dans la conversion de la biomasse, une découverte qui a le potentiel de réduire le coût des biocarburants et des bioproduits. Crédit :Université du Wisconsin-Madison
"Nous voulions concevoir un système où nous pourrions étudier et prédire les effets des solvants à un niveau fondamental et essayer de comprendre leur rôle dans les processus catalytiques, ", dit Mellmer. "Nous essayons d'évoluer vers une sélection de solvants plus rationnelle pour les réactions."
Dans un article récemment publié dans Catalyse naturelle , le premier auteur Mellmer et ses collègues du GLBRC décomposent les effets des solvants, trouver une nouvelle façon de mesurer et d'analyser comment un solvant altère la stabilité de deux points différents d'une réaction chimique, l'état initial et l'état de transition. La méthode, qui repose sur l'expérimentation et le calcul, est le premier à ouvrir une fenêtre sur les propriétés fondamentales des effets de solvant.
Le système de l'équipe pour prédire les effets des solvants a des applications pratiques immédiates. Les chercheurs ont utilisé leur compréhension des effets des solvants pour obtenir des rendements élevés d'hydroxyméthylfurfural (HMF), un produit chimique de plate-forme qui peut être utilisé pour fabriquer des carburants de transport et des plastiques biosourcés, tout en limitant la conversion ultérieure du HMF en d'autres produits chimiques.
Cette "production sélective" d'un produit chimique plate-forme est importante, comme HMF et un certain nombre d'autres produits chimiques sont d'un grand intérêt pour l'industrie chimique. Réduire le coût de production de ces produits chimiques à partir de la biomasse pourrait signifier la possibilité de remplacer les produits chimiques et produits dérivés du pétrole par des produits plus durables, équivalents dérivés de la biomasse. En réalité, une étude récente du laboratoire de Dumesic décrit l'utilisation du HMF comme intermédiaire à l'acide furandicarboxylique (FDCA), un précurseur de plastique biosourcé avec le potentiel d'améliorer considérablement la rentabilité de la fabrication de plastique à partir de la biomasse.
"Ces résultats sont fondamentaux pour parvenir à des biocarburants et des bioproduits économiquement compétitifs, " dit Dumesic. " Si nous voulons réaliser un avenir dans lequel nos carburants et nos produits sont biosourcés, nous devons optimiser chaque étape de nos processus de conversion et développer de nouvelles façons peu coûteuses de fabriquer des produits à haute valeur ajoutée à partir de la biomasse."
