Por trás da conversão bem-sucedida de biomassa em um biocombustível melhor ou um novo produto químico verde, existe um solvente cuidadosamente escolhido. O solvente certo não apenas dissolve a biomassa, mas também impulsiona a eficiência de todo o processo de conversão, resultando em rendimentos mais altos e um resultado financeiro mais baixo.

Para pesquisadores do Centro de Pesquisa em Bioenergia dos Grandes Lagos (GLBRC), o papel central dos solventes na conversão de biomassa não alimentar em biocombustíveis e bioprodutos significa que eles estão prontos para otimização. O melhor uso de solventes pode melhorar a economia das biorrefinarias, lançar uma gama de biocombustíveis e bioprodutos novos e mais sustentáveis ​​no mercado, e fornecer novas fontes de receita para os agricultores.

Mas os solventes orgânicos usados ​​na conversão de biomassa são críticos para o processo e um pouco misteriosos. Isso é, os cientistas não entendem fundamentalmente "os efeitos do solvente - ou o papel que os solventes podem desempenhar na mudança das taxas de reação, vias de reação, distribuições de produtos, ou rendimentos.

"Temos visto efeitos de solventes em reações por muitos anos, "diz Max Mellmer, um investigador da Bristol-Myers Squibb e um ex-aluno de pós-graduação da Universidade de Wisconsin-Madison no laboratório de química e professor de engenharia biológica James Dumesic. "Mas nós não entendemos, cataliticamente, como eles trabalham."

Embora pesquisadores de todos os tipos tenham tradicionalmente escolhido diferentes solventes com base em suas propriedades conhecidas, Mellmer e colaboradores estão pressionando por um entendimento mais amplo, um que permitiria aos pesquisadores não apenas compreender melhor os efeitos do solvente, mas também usar esse conhecimento para otimizar as reações de conversão de biomassa.

"Queríamos projetar um sistema onde pudéssemos estudar e prever os efeitos do solvente em um nível fundamental e tentar entender seu papel nos processos catalíticos, "diz Mellmer." Estamos tentando avançar em direção a uma seleção de solvente mais racional para as reações. "

Em um artigo publicado recentemente em Catálise Natural , primeiro autor, Mellmer e colegas do GLBRC analisam os efeitos do solvente, encontrar uma nova maneira de medir e analisar como um solvente altera a estabilidade de dois pontos diferentes de uma reação química, o estado inicial e o estado de transição. O método, que depende de experimentação e computação, é o primeiro a fornecer uma janela para as propriedades fundamentais dos efeitos do solvente.

O sistema da equipe para prever os efeitos do solvente tem aplicações práticas imediatas. Os pesquisadores usaram sua compreensão dos efeitos do solvente para alcançar altos rendimentos de hidroximetilfurfural (HMF), uma plataforma química que pode ser usada para fazer combustíveis de transporte e plásticos de base biológica, enquanto limita a conversão subsequente de HMF em outros produtos químicos.

Esta "produção seletiva" de um produto químico de plataforma é importante, já que o HMF e uma série de outros produtos químicos são de grande interesse para a indústria química. Reduzir o custo de produção desses produtos químicos a partir da biomassa pode significar a chance de substituir produtos químicos derivados do petróleo por produtos mais sustentáveis, equivalentes derivados de biomassa. Na verdade, um estudo recente do laboratório de Dumesic descreve o uso de HMF como um intermediário para o ácido furandicarboxílico (FDCA), um precursor de plástico de base biológica com potencial para melhorar drasticamente a economia de fazer plástico a partir de biomassa.

"Essas descobertas são fundamentais para alcançar biocombustíveis e bioprodutos economicamente competitivos, "diz Dumesic." Se vamos realizar um futuro em que nossos combustíveis e produtos sejam de base biológica, temos que otimizar cada etapa de nossos processos de conversão e desenvolver maneiras novas e baratas de fazer produtos de alto valor a partir de biomassa. "