Em comparação com os biocombustíveis de primeira geração produzidos a partir de culturas alimentares, a produção de biocombustíveis de segunda geração para uso diário é uma questão urgente. Neste estudo, pesquisadores desenvolveram um novo zwitterion líquido do tipo carboxilato como solvente de biomassa, que pode dissolver a celulose com baixíssima toxicidade para os microrganismos. O uso deste novo solvente permite uma redução significativa do custo de energia para a produção de etanol a partir de biomassa não alimentar. Assim, a produção de etanol biocombustível de segunda geração está em fase de implementação prática.

O etanol é produzido a partir de culturas alimentares como o milho, e, portanto, representa uma ameaça ao abastecimento de alimentos. Portanto, é necessário produzir etanol a partir de biomassa não alimentar, como ervas daninhas, resíduos de papel, etc. Solventes necessários para a produção de etanol biocombustível de segunda geração são altamente tóxicos para microorganismos. Processos complicados são necessários para remover esses solventes altamente tóxicos, como lavar com água, separação por centrifugação e compressão. Como resultado, a energia recuperada neste etanol é menor do que a necessária para produzi-lo, ou seja, há um balanço energético negativo e uma maior carga sobre o meio ambiente. Foi considerado impossível resolver este problema, uma vez que um solvente forte era necessário para quebrar materiais vegetais recalcitrantes como a celulose, enquanto um solvente tão forte mataria microorganismos que desempenham papéis essenciais na fermentação necessária para a produção de etanol.

No presente estudo, pesquisadores da Universidade de Kanazawa, Japão, conseguiu reduzir a toxicidade para microrganismos, desenvolvendo um novo solvente, um zwitterion líquido do tipo carboxilato para dissolver a celulose de biomassa (Figura 1). O EC50, a concentração de uma substância que reduz o crescimento de Escherichia coli a 50 por cento, foi encontrado para ser 158 g / L para o zwitterion líquido do tipo carboxilato recentemente desenvolvido, enquanto o EC50 do líquido iônico, um dos solventes convencionais de celulose, era de 9 g / L. Isso indica que o novo zwitterion líquido do tipo carboxilato apresenta toxicidade 17 vezes menor do que o líquido iônico.

Com a Escherichia coli que pode produzir etanol, a capacidade de fermentação foi quase máxima em zwitterion líquido do tipo carboxilato 0,5 mol / L com uma concentração final de etanol de 21 g / L. Por outro lado, o mesmo experimento com o líquido iônico produziu apenas 1 g / L de etanol. Assim, a fermentação na presença de zwitterion líquido do tipo carboxilato produziu 21 vezes mais etanol do que o líquido iônico.

Em outro experimento, o bagaço foi usado como biomassa vegetal inicial para a produção de etanol sem processos de lavagem / separação. A fermentação na presença de zwitterion líquido do tipo carboxilato produziu 1,4 g / L de etanol, enquanto nenhum etanol foi obtido com o líquido iônico devido à sua alta toxicidade (Figura 2).

Com esses resultados experimentais, é mostrado que, usando o zwitterion líquido do tipo carboxilato, a biomassa vegetal pode ser convertida em etanol em um único vaso de reação, sem processos de lavagem / separação. Isso representa um grande avanço na produção e uso do etanol biocombustível de segunda geração, por meio da redução de grandes quantidades de entrada de energia.

Além do etanol biocombustível de primeira e segunda geração, um biocombustível de terceira geração, uma espécie de óleo, pode ser feito de algumas espécies de algas. A fim de obter esse biocombustível de terceira geração a partir de algas, polissacarídeos como celulose, que são os principais componentes das paredes celulares, tem que ser dissolvido. A eficiência energética aumentaria muito se os polissacarídeos dissolvidos pudessem ser convertidos em etanol. O desenvolvimento adicional de nosso estudo atual contribuiria significativamente para a produção não apenas de etanol de biocombustível de segunda geração, mas também de terceira geração.