CO2——生产生物燃料的银色子弹

材料牛注：JBEI科学家使用气态CO2降低用于生产生物燃料的离子溶液的碱性，使得乙醇的产率高达83%，生产成本降低50%~65%。CO2成为生产生物燃料的银色子弹。

一直以来，JBEI用于生产生物燃料的离子液体是高碱性的，必须将离子液体清洗以降低碱性，从而不影响生产后续步骤中用到的酶和微生物（酶作用于预处理后的纤维素和半纤维素的浆料，该过程产生糖，即糖化过程；微生物使糖转化为生物燃料，即发酵过程）。JBEI科学家提出：使用气态CO2降低离子溶液的碱性。

这一想法来源于Berkeley National Laboratory（能源部劳伦斯伯克利国家实验室）和Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）的研究人员，他们均在JBEI研究该项目。研究人员之所以选择CO2，是因为CO2可以增加溶液的酸度（该规则在海洋世界也成立，海水的酸度随着CO2吸收量的增多而增大）。

科学家已经证实，在生物燃料生产的解构阶段加入CO2，可以成功降低离子溶液的碱性。研究人员检测了15种不同浓度下的离子溶液。在所有的离子溶液中，赖氨酸胆碱（由赖氨酸、胆碱、氨基酸混合而成的离子溶液）和商用酶、微生物混合物的生物亲和性最好。他们做了不同浓度和不同CO2气压下的系列研究。实验表明，对于酶和微生物来说，CO2的最佳浓度是每平方英尺145磅，此时乙醇的产率高达83%。

Energy and Environmental Sciences杂在本月报道了该研究成果，认为该研究解决了扩大生物燃料市场的重大障碍——降低生产成本。

这一方法有诸多优势：

一  降低成本
“预处理是生物燃料生产过程中最昂贵的一部分，”JBEI生物质预处理能源研究中心主任Seema Singh说，“如果算上整个生产周期，预处理的成本仅次于成长和获得原料本身的成本。”该方法极大的简化了生物燃料电池的生产工艺流程，省去了分离、提纯液体（生物质预处理之后的液体和糖化、发酵之前的液体）的步骤。

Berkeley Lab生物系统工程部主任Simmons说，“调节pH的过程是可逆的，可以在一个反应器中多次重复预处理过程，这比使用多个反应器更加有效，并且降低了成本。”据初步经济分析可知，与传统的基于离子液体的预处理方法相比，该方法可以降低50%~65%的生产成本。

二  可实施性强
该技术可以很容易的被整合到现有的工业运营中。“使用并去除工业环境中的加压气体是我们已经做了一个多世纪的事。”JBEI负责解构研究的副指挥BlakeSimmons说，“这项技术适合强大可靠的工业体系。”

三  环保
研究人员指出，微生物在发酵的过程中释放CO2，可以将这些CO2用在预处理中。此外，该过程是可逆的，允许液体作为溶剂循环利用。这些使该过程变得更环保。

创造出一支“银色猎枪”

几十年来，研究人员致力于简化生产工艺、降低能耗。一些研究专注于提高酶和微生物在离子溶液中的耐受性，而该项研究的重点是中和离子溶液，使酶和微生物在离子溶液中不会失去活性。

“我们正在继续简化生物燃料的生产工艺，有很多方法可以做到这一点，”Simmons说，“我们的使命是进行创新的科学研究，开发出多种解决办法。工厂可以从中挑选出最适合它们商业模式的方法。我们不是在创造银色子弹（比喻具有极端有效性的解决方法），我们是在创造银色猎枪。”

研究人员表示，下一步致力于将该方法应用于先进生物燃料的生产中，这些先进生物燃料将应用于汽车燃料、柴油机和航空燃料。

参考原文链接：Scientists harness CO2 to consolidate biofuel production process

论文地址：enabled process integration for the production of cellulosic ethanol using bionic liquids

本文由编辑部王宇提供素材，朱晓秀编译，点我加入材料人编辑部。