Bättre metoder för att omvandla biomassa till etanol

Kemisten Venkata Prabhakar Soudham har testat olika växter och visar att bark är en typ av växtmaterial som lättare än andra kan omvandlas till biobränslet etanol. Dessutom har han utvecklat metoder för att övervinna hinder vid omvandlingsprocessen. Ventaka försvarar sin avhandling den 28 maj vid Umeå universitet.

Lignocellulosa i växter är en rik källa av organiska polymerer som kan ersätta fossila resurser för industriell produktion av bränsle, kemikalier och andra material.

Biokemisk omvandling är det mest lätthanterliga sättet att utnyttja komponenterna i biomassa - cellulosa, hemicellulosa och lignin- på ett effektivt sätt. Det handlar huvudsakligen om hydrolys av (hemi)cellulosa till enkla sockerarter och deras jäsning till exempelvis etanol. Det finns dock många utmaningar som måste övervinnas för att man ska kunna använda biomassa i ett industriellt sammanhang.

På grund av växtcellsväggars styva och kompakta struktur har frigörandet av jäsbara sockerarter blivit en flaskhals. I dag används vanligen en syrakatalyserad termokemisk förbehandling för att ”mjuka upp” råmaterialet och underlätta nästa steg i processen. Användning av enzymer anses vara det mest lovande sättet för påföljande hydrolys av polysackarider.

– Mina studier visar att vedartade substrat från exempelvis gran och tall är mer svårbearbetade än annan slags biomassa. Bark däremot uppförde sig annorlunda. Utan någon förbehandling, bröts barken lätt ned av enzymer och det erhållna sockret fermenterades till etanol, säger Venkata Prabhakar Soudham.

Han har också utfört jämförande experiment med genetiskt modifierade växter. Med samma förbehandling och enzymatisk hydrolys erhölls större sockerproduktion med genmodifierade växter jämfört med vildtypen av respektive växt.

I en annan delstudie testade Venkata Prabhakar Soudham olika jonvätskor (så kallade ILs) som alternativ till traditionella kemiska lösningsmedel vid förbehandlingen av biomassamaterial. Jonvätskorna var mycket effektivare än traditionella lösningsmedel.

– Med jonvätska som lösningsmedel erhöll vi efter enzymatisk hydrolys en sockermängd på 94 procent. Detta kan jämföras med endast 34 procents ”skörd” vid syrabehandlade biomassasubstrat.

Ett förbehandlingssteg är nödvändig för att göra cellulosa mer tillgängligt för hydrolys, men då bildas också en mängd mer eller mindre giftiga biprodukter. Dessa föreningar är starkt hämmande för den enzymatiska hydrolysen och mikrobiella jäsningsprocesser.Venkata Prabhakar Soudham har arbetat med att ta fram ett antal kemiska detoxifieringsmetoder bland annat med hjälp av vattenreningsteknik, och har använt sig av FeSO4 and H2O2. Avgiftning av hydrolysater i granbiomassa, till exempel, resulterade i över 50 procent förbättring av hydrolyseffektiviteten.

– Att kunna använda så kallad grön teknik för biokemisk omvandling av biomassa är en fascinerande väg att gå.

Avhandlingen är publicerad digitalt

Om disputationen:

Tisdagen den 28 maj försvarar Venkata Prabhakar Soudham, kemiska institutionen vid Umeå universitet, sin avhandling med titeln “Biochemical conversion of biomass to biofuels”. På svenska: Biokemisk omvandling av biomassa till bränsle.

Disputationen äger rum i KB, Chalmers Göteborg klockan 13:30.

Fakultetsopponent är Tom Granström, St1 Biofuels Finland.

Venkata Prabhakar Soudham kommer från Indien. Han har utfört sina doktorsstudier vid kemiska institutionen, Umeå universitet, sedan 2010.

För mer information, kontakta gärna:

Venkata Prabhakar Soudham, kemiska institutionen, Umeå universitet
Telefon: 0730-43 25 54
E-post: venkata.soudham@chem.umu.se