Campuran pelarut dapat menyederhanakan produksi biofuel

Campuran pelarut baru yang dikembangkan oleh para peneliti dari Institute of Science and Engineering di Universitas Kanazawa Ini membantu memecah struktur padat selulosa tanaman untuk menghasilkan bioetanol.

Pelarut baru ini cenderung beroperasi dalam kondisi ringan, menunjukkan toksisitas yang lebih rendah, dan lebih ramah lingkungan daripada pelarut yang ada. Oleh karena itu, studi ini dapat membuka jalan bagi peningkatan teknologi untuk mengubah biomassa yang saat ini tidak digunakan menjadi bahan bakar.

Biofuel seperti etanol yang dihasilkan dari tebu atau switchgrass dapat membantu mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil yang tidak terbarukan. Tetapi proses yang terlibat dalam produksi biofuel umumnya melibatkan pemecahan selulosa dari tanaman, yang terdiri dari rantai polimer panjang, menjadi molekul gula yang lebih kecil.

Namun, menerapkan proses ini tidak mudah. Selulosa menampilkan jaringan ikatan hidrogen yang kaku, yang membuatnya sangat tahan terhadap bahan kimia. Oleh karena itu, teknologi pemrosesan selulosa saat ini bergantung pada bahan kimia beracun dan kondisi reaksi yang parah.

Para peneliti dari Universitas Kanazawa kini telah menggunakan kelas molekul unik yang dikenal sebagai “zwitterions” untuk membuat pelarut baru yang memiliki kemampuan untuk melarutkan selulosa. Zwitterion tampaknya unik dalam kemampuannya untuk menunjukkan muatan positif atau negatif, tetapi pada lokasi yang berbeda pada molekul sehingga mereka tidak dapat menetralkan satu sama lain.

Muatan ini secara efektif memutus ikatan hidrogen yang mencegah pemecahan selulosa.

Karena hampir semua zwitterion berbentuk padat dalam kondisi reaksi normal, percobaan kami menggunakan campuran eutektik.

Gyanendra Sharma, penulis senior studi ini, Sekolah Tinggi Ilmu dan Teknologi Biologi, Institut Sains dan Teknik, Universitas Kanazawa

Sistem eutektik adalah campuran bahan yang menunjukkan titik leleh lebih rendah daripada komponennya. Ini dicapai dengan bantuan molekul yang memiliki komposisi berbeda sehingga sulit untuk membentuk kristal biasa.

Selama percobaan, para peneliti mencampur empat wilayah berbeda dalam proporsi yang berbeda. Mereka menemukan 22 kelompok dalam keadaan cair dengan titik leleh di bawah 100 °C. Di antaranya, dua campuran telah ditemukan sangat efektif dalam melarutkan selulosa.

Pekerjaan kami menunjukkan bahwa adalah mungkin untuk mengganti banyak bahan kimia beracun yang digunakan saat ini dengan alternatif yang lebih ramah lingkungan saat kami bergerak menuju ekosistem energi terbarukan..

Kosuke Kuroda, penulis senior studi ini, Sekolah Tinggi Ilmu dan Teknologi Biologi, Institut Sains dan Teknik, Universitas Kanazawa

Studi ini menunjukkan kemampuan untuk menggunakan kombinasi zwitterion untuk membuat campuran yang menunjukkan sifat yang tidak ditunjukkan oleh molekul mana pun secara terpisah.

Studi ini sebagian didukung secara finansial oleh KAKENHI (18K14281 dari Japan Society for the Promotion of Science) dan Inisiatif Perintis untuk Peneliti Muda Terhormat (dari Kementerian Pendidikan, Kebudayaan, Olahraga, Sains dan Teknologi Jepang).

Selain itu, penelitian ini didukung sebagian oleh program COI yang berjudul “Mewujudkan Infrastruktur Generasi Mendatang Menggunakan Bahan Inovatif – Mencapai Masyarakat yang Aman dan Terjamin yang Dapat Berdampingan dengan Bumi Selama Berabad-abad”, yang didanai oleh Kementerian Pendidikan, Kebudayaan, Olahraga, Sains dan Teknologi – Jepang, Badan Sains dan Teknologi Jepang, dan Proyek Sakigaki Universitas Kanazawa 2020.

Referensi jurnal:

Sharma, c. dan lain-lain. (2021) Pelarut berbasis eutektik/polisakarida polar untuk pemrosesan selulosa. Polimer karbohidrat. doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.118171.

Sumber: https://www.kanazawa-u.ac.jp/e/