Z łusek owsianych i młóta browarniczego można wytwarzać etanol – odnawialne biopaliwo, które może zastępować część paliw kopalnych. Naukowcy z Katedry Biotechnologii UKW opracowali metodę ułatwiającą rozkład tych pozostałości roślinnych i uwolnienie zawartych w nich cukrów potrzebnych do produkcji etanolu.

Zastosowane rozwiązanie pozwoliło zmniejszyć zawartość lignin o około 93%, zwiększyć podatność celulozy na rozkład enzymatyczny do około 95% oraz uzyskać etanol w stężeniu nawet 70 g/l.

Projekt „Efektywność rozpuszczalników głęboko eutektycznych w systemie skojarzonym z promieniowaniem mikrofalowym w dekompozycji biomasy lignocelulozowej przeznaczonej do procesów biosyntezy” był realizowany w Katedrze Biotechnologii Wydziału Nauk Biologicznych UKW. Badania prowadzone pod kierunkiem dr. hab. Dawida Mikulskiego, prof. uczelni, otrzymały 726 400 zł finansowania z Narodowego Centrum Nauki w ramach konkursu OPUS 24.

– Konieczność dywersyfikacji źródeł energii wymusza sytuacja ekologiczna, ekonomiczna oraz geopolityczna. Alternatywnym nośnikiem energii, produkowanym z surowców odnawialnych, takich jak biomasa roślinna, jest etanol otrzymywany w procesie fermentacji alkoholowej – wyjaśnia dr hab. Dawid Mikulski, prof. uczelni.

Wytworzenie etanolu z biomasy nie jest jednak prostym procesem. Potrzebne do fermentacji cukry znajdują się w ścianach komórek roślinnych i są otoczone trudną do rozłożenia strukturą. Jedną z jej części jest lignina, która ogranicza enzymom dostęp do celulozy. Zanim biomasa będzie mogła zostać wykorzystana do produkcji etanolu, musi więc przejść odpowiednią obróbkę wstępną.

Naukowcy UKW zastosowali w tym celu wodne roztwory rozpuszczalników głęboko eutektycznych, zaliczanych do tzw. zielonych rozpuszczalników, oraz promieniowanie mikrofalowe. Takie połączenie pozwoliło usunąć znaczną część lignin, rozluźnić strukturę materiału roślinnego i ułatwić enzymom dotarcie do celulozy.

– Efektem realizacji projektu jest opracowanie skutecznej metody przygotowania surowca, umożliwiającej redukcję zawartości lignin w różnego rodzaju biomasie o około 93% oraz zwiększenie podatności celulozy na hydrolizę enzymatyczną do poziomu około 95% – podkreśla kierownik projektu.

Zmiany zachodzące w materiale roślinnym zostały potwierdzone z wykorzystaniem zaawansowanych technik analitycznych, m.in. spektroskopii FTIR, mikroskopii elektronowej SEM, dyfrakcji rentgenowskiej XRD oraz spektroskopii NMR. Analizy wykazały nie tylko skuteczne usunięcie substancji utrudniających rozkład biomasy, lecz także zmniejszenie stopnia krystaliczności celulozy. Dzięki temu enzymy mogą łatwiej dotrzeć do jej struktury i uwolnić cukry potrzebne w procesie fermentacji.

Kolejnym etapem badań było przekształcenie uzyskanych węglowodanów w etanol celulozowy. Naukowcy wykorzystali do tego dwa różne mikroorganizmy: drożdże Saccharomyces cerevisiae oraz grzyby Mucor indicus.

– Stężenie etanolu na poziomie nawet 70 g/l w podłożach celulozowych jest bardzo rzadko spotykane. Taki rezultat świadczy o opracowaniu komplementarnego podłoża hodowlanego z biomasy podatnej na dekompozycję biologiczną – zaznacza dr hab. Dawid Mikulski, prof. uczelni.

Realizacja projektu dostarczyła nowej wiedzy na temat mikrofalowej obróbki biomasy z wykorzystaniem rozpuszczalników głęboko eutektycznych. Opracowana metoda może mieć znaczenie nie tylko dla rozwoju produkcji odnawialnych nośników energii. Wyniki badań mogą również wspierać tworzenie nowych sposobów pozyskiwania z materiału roślinnego substancji biologicznych wykorzystywanych w różnych gałęziach przemysłu.

Więcej informacji o projekcie na stronie Katedry Biotechnologii UKW.