Dietro la riuscita conversione della biomassa in un biocarburante migliore o in una nuova sostanza chimica verde, c'è un solvente scelto con cura. Il solvente giusto non solo dissolve la biomassa, ma favorisce anche l'efficienza dell'intero processo di conversione, con conseguente rendimento più elevato e una linea di fondo inferiore.

Per i ricercatori del Great Lakes Bioenergy Research Center (GLBRC), il ruolo centrale dei solventi nella conversione della biomassa non alimentare in biocarburanti e bioprodotti significa che sono maturi per l'ottimizzazione. Un migliore uso dei solventi potrebbe migliorare l'economia delle bioraffinerie, immettere sul mercato una gamma di biocarburanti e bioprodotti nuovi e più sostenibili, e fornire nuove fonti di reddito per gli agricoltori.

Ma i solventi organici utilizzati nella conversione della biomassa sono sia critici per il processo che un po' misteriosi. Questo è, gli scienziati non capiscono fondamentalmente "gli effetti del solvente o il ruolo che i solventi possono svolgere nel cambiare le velocità di reazione, vie di reazione, distribuzione di prodotti, o rendimenti.

"Abbiamo visto effetti solventi nelle reazioni per molti anni, "dice Max Mellmer, un ricercatore alla Bristol-Myers Squibb e un ex studente laureato dell'Università del Wisconsin-Madison nel laboratorio del professore di ingegneria chimica e biologica James Dumesic. "Ma non capiamo, cataliticamente, come funzionano".

Mentre i ricercatori di tutte le bande hanno tradizionalmente scelto solventi diversi in base alle loro proprietà note, Mellmer e collaboratori stanno spingendo per una comprensione più ampia, uno che consentirebbe ai ricercatori non solo di comprendere meglio gli effetti dei solventi, ma anche di utilizzare tale conoscenza per ottimizzare le reazioni di conversione della biomassa.

"Volevamo progettare un sistema in cui potessimo studiare e prevedere gli effetti dei solventi a un livello fondamentale e cercare di capire il loro ruolo nei processi catalitici, " dice Mellmer. "Stiamo cercando di muoverci verso una selezione più razionale dei solventi per le reazioni".

In un articolo recentemente pubblicato su Catalisi della natura , primo autore Mellmer e colleghi GLBRC analizzano gli effetti dei solventi, trovare un nuovo modo per misurare e analizzare come un solvente altera la stabilità di due punti diversi di una reazione chimica, lo stato iniziale e lo stato di transizione. Il metodo, che si basa sulla sperimentazione e sul calcolo, è il primo a fornire una finestra sulle proprietà fondamentali degli effetti dei solventi.

Il sistema del team per prevedere gli effetti dei solventi ha applicazioni pratiche immediate. I ricercatori hanno utilizzato la loro comprensione degli effetti dei solventi per ottenere rese elevate di idrossimetilfurfurale (HMF), una piattaforma chimica che può essere utilizzata per produrre carburanti per il trasporto e materie plastiche a base biologica, limitando la successiva conversione dell'HMF in altre sostanze chimiche.

Questa "produzione selettiva" di una sostanza chimica di piattaforma è importante, poiché l'HMF e una serie di altri prodotti chimici sono di grande interesse per l'industria chimica. Ridurre il costo di produzione di questi prodotti chimici dalla biomassa potrebbe significare la possibilità di sostituire prodotti chimici e prodotti derivati ​​dal petrolio con prodotti più sostenibili, equivalenti derivati ​​dalla biomassa. Infatti, un recente studio del laboratorio di Dumesic descrive l'uso di HMF come intermediario per l'acido furandicarbossilico (FDCA), un precursore della plastica a base biologica con il potenziale per migliorare notevolmente l'economia della produzione di plastica dalla biomassa.

"Questi risultati sono fondamentali per ottenere biocarburanti e bioprodotti economicamente competitivi, " dice Dumesic. "Se vogliamo realizzare un futuro in cui i nostri combustibili e prodotti sono a base biologica, dobbiamo ottimizzare ogni fase dei nostri processi di conversione e sviluppare modi nuovi ed economici per realizzare prodotti di alto valore dalla biomassa".