Nueva esperanza para los combustibles de biomasa

etanol , metanol, metano y hidrógeno .

> han descubierto el secreto de la dureza de las paredes celulares de las plantas. Han descubierto el hecho de por qué las paredes celulares de algunas plantas son tan duras. Este análisis de la dureza del material vegetal podría dar lugar a una estrategia rentable y eficiente desde el punto de vista energético para convertir la biomasa en combustibles alternativos. Los investigadores de Los Álamos han publicado dos artículos por separado en Biophysical Journal y recientemente en una edición de Biomacromolecules, Estos científicos han reconocido las debilidades potenciales entre las hojas de las moléculas de celulosa que componen la biomasa lignocelulósica. Es el material fibroso que se deriva de las paredes celulares de las plantas. El material es la sustancia mágica porque es la fuente abundante de azúcar que se puede utilizar para preparar lotes de metanol o butanol, y en última instancia se puede convertir en biocombustibles .

¿Cómo se sintetiza la celulosa en las células vegetales? Es el resultado de la polimerización. En la polimerización, las moléculas de glucosa (un azúcar simple) se unen en largas cadenas. Se sabe que la planta ensambla estas cadenas de celulosa en láminas. Las hojas se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno. Los enlaces de hidrógeno son principalmente una atracción electrostática de una porción positiva de una molécula a una porción negativa de la misma o vecina molécula. Estas hojas de celulosa se apilan unas encima de otras. Las pilas se unen entre sí por otros enlaces que son más débiles que los enlaces de hidrógeno. La planta entonces hace girar estas hojas en fibras de material de alta resistencia a la tensión.

Las uniones entre estas fibras son extremadamente fuertes, pero son increíblemente resistentes a la acción de las enzimas llamadas celulasas. El trabajo principal de las celulasas es romper las fibras en sus simples componentes de azúcar. Aquí radica la clave para los futuros combustibles de biomasa. Debido a que aquí podemos fácilmente romper la celulosa en azúcares, entonces los azúcares pueden ser usados para crear combustibles alternativos. La firmeza de las fibras de celulosa es el principal obstáculo para convertirlas en azúcares simples. En la actualidad, los Estados Unidos carecen de un método eficaz y rentable para convertir la biomasa no comestible, como la hierba o las hojas de maíz, en una fuente dulce de biocombustibles. Los investigadores están trabajando incansablemente para encontrar una grieta en la armadura de la firmeza de las plantas.

El investigador de Los Álamos, Paul Langan, trabaja en colaboración con investigadores del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos y del Centre de Recherches sur les Macromolécules Végétales en Francia. Están haciendo uso de neutrones para investigar la estructura cristalina de la celulosa altamente cristalina – de la misma manera que un médico usa una radiografía para descubrir las anomalías en nuestro cuerpo. Langan y sus colegas encontraron que aunque la celulosa generalmente tiene una red bien ordenada de enlaces de hidrógeno que la mantienen unida, el material también muestra cantidades significativas de desorden, creando un tipo diferente de red de enlace de hidrógeno en ciertas superficies. Estas diferencias hacen que la molécula sea potencialmente vulnerable a un ataque de las enzimas de la celulasa.

Tongye Shen y Gnana Gnanakaran discuten en Biophysical Journal, sobre un nuevo modelo de celulosa cristalina basado en la red. El modelo muestra cómo los enlaces de hidrógeno en la celulosa cambian para permanecer estables bajo un amplio rango de temperaturas. Esta plasticidad permite que el material intercambie diferentes tipos de enlaces de hidrógeno, pero también restringe las moléculas. De esta manera, las moléculas forman enlaces en la configuración más débil descrita por Langan y sus colegas. El aspecto más importante del modelo de Shen y Gnanakaran es que los enlaces de hidrógeno pueden ser manipulados a través de diferencias de temperatura. Esta manipulación trabaja para hacer que el material sea más susceptible al ataque de enzimas que pueden romper las fibras en azúcares para la producción de biocombustibles.

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