Simuleringar visar bästa sätt att lösa upp cellulosa
Innan cellulosa ska användas för att framställa biobränsle måste det lösas upp. Det är en mycket svår process. Nu har Faranak Bazooyar presenterat en doktorsavhandling där hon har gjort simuleringar av två sätt att lösa upp cellulosan.
– Genom att kunna förutsäga vad som ska hända i processen kan den här forskningen leda till att man kan spara både experimenttid och material när man ska hitta optimala förhållanden för att lösa upp cellulosa, säger Faranak Bazooyar vid Högskolan i Borås som nyligen disputerat vid Chalmers Tekniska Högskola.
Cellulosa är ett organiskt material som finns i riklig mängd över hela världen. Det finns till exempel i biomassa som hushållsavfall, träavfall och flis. Cellulosa är en bra källa när man ska göra biobränsle. Men när man ska skapa biobränsle av cellulosa krävs förbehandlingar, så att kristallstrukturen i cellulosan löses upp och enzymerna som tillsätts kan komma åt biomassan på ett bättre och mer effektivt sätt.
Enzymerna bryter sedan ner cellulosan så att man kan gå vidare och genom jäsning skapa biobränsle. Det finns olika typer av förbehandlingar där man med olika material, temperaturer och tryck kan få molekylerna att lösas upp. Det krävs omfattande studier för att hitta de bästa förhållandena för att uppnå de resultat som önskas.
Datorsimuleringar för bättre koll
Faranak Bazooyar har nu presenterat en doktorsavhandling där hon med hjälp av datorsimuleringar undersöker exakt vad som händer med strukturen hos cellulosamolekyler när de löses upp under olika förhållanden genom två av de metoder som brukar användas: ång- respektive SC-CO2-explosion (Super Critical Koldioxid-explosion). Ång- och SC-CO2-explosioner har visat sig vara effektiva för att lösa upp de täta kristallstrukturerna i cellulosa.
Optmiera produktion av biobränsle
I simuleringar på molekylnivå har Faranak Bazooyar kunnat testa en mängd olika kombinationer av temperatur och tryck och i dessa följa hur explosionerna påverkar varje molekyl i kristallstrukturen.
– Jag har jämfört resultaten från simuleringarna med vanliga experiment i laboratorier, och sett att de stämmer väl överens, säger Faranak Bazooyar. Det betyder att man kan bygga vidare på de här simuleringarna och därmed lättare kunna hitta de förhållanden som är optimala för att lösa upp cellulosan för att producera biobränsle av den.
Simuleringarna har tagit lång tid i anspråk – vissa av dem ända upp till en månad av oupphörliga beräkningar. Då har simuleringarna fått fram oerhört mycket mer fakta på molekylnivå än vad motsvarande experiment kan visa.
Text: Lena M Fredriksson
FAKTA
Avhandlingen Molecular-level Simulations of Cellulose Dissolution by Steam and SC-CO2 Explosion, av doktoranden Faranak Bazooyar. Anställd vid högskolan i Borås, disputerad vid Chalmers Tekniska Högskola, Avdelningen för kemi och biokemi. Handledare: Kim Bolton, Högskolan i Borås
