セルロースから小さな糖分子への移行
ミュールハイム・シュル・ラ・ルールにあるマックス・プランク炭素研究所(MPI-KoFo)の科学者チームは、セルロースをその構成要素である糖に比較的簡単に切断できる新しい方法を開発した。 これにより、木材や野菜廃棄物由来のバイオマスから、食品と競合することなく、原材料やバイオ燃料を生産する道が開かれる可能性がある。
地球上で最も一般的な有機分子であるセルロースは、植物細胞の主成分です。 これは特に安定しているため、業界ではこれを基本コンポーネントに分解することがこれまで困難でした。 したがって、かなりの量のエネルギーが未使用のまま残されました。
MPI-KoFo の Roberto Rinaldi、Regina Palkovits、Ferdi Schüth は、酸性固体触媒とイオン媒体を使用して、この障害を克服することに成功しました。 このように開発されたプロセスにより、数時間かそれ以下で、セルロースの長い鎖を選択的に小さな断片に分割することが可能になります。 さらに、副産物がほとんど発生しないため、その後の治療における合併症のリスクが軽減されるという利点もあります。 触媒は反応終了時に回収して再利用できます。
まず、研究者らはセルロース分子をイオン溶液の中に入れます。 それは室温で液体の塩であり、正および負に帯電した元素を含んでいます。 「このステップにより、長いセルロース鎖がその後の化学反応に利用できるようになるため、セルロースは固体触媒によって攻撃されやすくなります」と F. Schüth 氏は説明します。
一方、MPI-KoFo チームは、セルロースを切断するために触媒がどのような特性を持っていなければならないかを決定しました。 材料は酸性である必要があります。つまり、H+ プロトンを供与できる必要があります。 また、イオン溶液に溶解したセルロースは非常に粘性が高く、触媒への鎖の輸送が複雑になるため、大きな表面積と適切なサイズの細孔が必要です。 「私たちは、化学的に修飾された樹脂がセルロースの糖結合の切断に特に適していることを発見しました」とフェルディ・シュート氏は続けます。
水を加えると短くなった糖鎖が底に沈み、溶液から分離しやすくなります。 その後、研究者らは溶液を濾過して触媒を回収した。 「最終的にセルロースの最小構成要素に到達するには、酵素の使用などの追加のステップが必要です。」 これらは短鎖を切断して単離された糖分子を生成します。 セルロース分子からグルコース分子まで「分解」するこのプロセスは、解重合と呼ばれます。
この新しい方法により、特に、微結晶セルロースなどの非常に安定した植物成分、さらには木材の切断が可能になります。 「したがって、この方法のおかげで、木材を砂糖に分解することが可能であると言えます」とF. Schüth氏はコメントしています。
セルロースのこの処理により、多くの応用の道が開かれます。 こうして得られた糖分子をアルコール発酵させ、食品と競合することなくバイオ燃料としてエタノールを生産することができる。 木やわらの端材を基材として使用できます。 ただし、この方法を大規模に使用する前に、重要な開発作業がまだ残っています。 イオン溶液は特に非常に高価であるため、生産サイクルでの再利用が必要であり、したがってリサイクル手法の開発が必要です。
Ferdi Schüth – Max-Planck-Institut für Kohlenforschung、Mühlheim an der Ruhr – 電話: +49 208 306 2373 – 電子メール: schueth@mpi-muehlheim.mpg.de
出典: ドイツ