Вещество лигнин представляет сложный полимер из которого состоит одеревеневшие клетки деревьев. Древесина отлично подходит для строительства и обогрева дома, но довольно проблемна для производства биотоплива и на тепловой баланс Земли никак не влияет. Причина сложности в изготовлении биотоплива из древесины и растений в целом состоит из-за того что переработка лигнина проблемна.
Лигнин представляет из себя вещество из которого состоят одеревеневшие стенки растительных клеток и совместно с целлюлозой увеличивают их прочность.
Процесс переработки и удаления лигнина
Чтобы добраться до сладкой целлюлозы, которая сбраживается в спирты и другие высококалорийные соединения необходимо удалить это вещество под высокой температурой и с помощью едких химических веществ.
Учеными проводятся исследования по удалению вещества лигнина в сельскохозяйственных растениях, таких как кукуруза. Министерство энергетики поддерживает ряд производителей целлюлозного этанола и по прогнозу они будут делать более чем 6 миллиардов литров целлюлозного этанола. Тем не менее, фактическое производство составляет всего 1% от всего объема топлива.
Проблемой является удаление лигнина.
Более чем две трети растительной массы состоит из волокон целлюлозы и гемицеллюлозы, состоящей из длинных цепей глюкозы и других молекул сахара.
Чтобы провести разложение лигнина необходимо биомассу нагревать до 170° C на несколько часов в присутствии гидроксида натрия или других щелочных соединений. Эта «прогрев обработка» составляет от одной четверти до одной трети стоимости изготовления целлюлозного этанола.
На протяжении десятилетий для решения проблем снижали экспрессию или регуляцию генов в растениях. Однако такие операции сдерживали рост и устойчивость от ветра растений.
Среди стратегий борьбы многочисленные команды пытались изменить химические вещества, которые составляют вещество лигнин. Хотя структура изменяется от вида к виду, большинство растений состоят из основных строительных блоков.
Ученые изменили пропорции строительных блоков, добавив один новый — гидроксилимонную кислоту. Они надеются, что путем введения парных строительных блоков, можно позже «распаковать» лигнин-структуры во время предварительной обработки.
Эксперимент продолжался несколько лет. Ученым пришлось изолировать гены для синтеза содержащих строительных блоков, вставить их в растения, показывая, что растения могут синтезировать новую структуру. Растения появляются здоровыми и показывают признак нормального роста. При удалении лигнина он легко разваливается при 100 ° C вместо 170° C, выпуская вдвое больше сахара, как их дикий родственник на тех же условиях.
Любая новая инженерия растений и деревьев должна быть опробована на местах, чтобы показать, что они растут нормально и не более восприимчива к вредителям и влияют в положительную сторону на качество воздуха.
Но, если стратегия работает, жидкое биотопливо, наконец, найдет свое применение.
