Ima jedna stara anegdota o kemičaru koji se okladio o svoju košulju, naime da će je pojesti ako izgubi okladu. Okladu je izgubio – i što je učinio? Pojeo je košulju, ali kako?

Pojeo ju je tako da ju je prvo isjekao u komadiće, u krpice. Potom je krpicama od košulje dodao razrijeđenu sumpornu kiselinu. Nakon podužeg kuhanja dobio je sirupastu tvar kojoj je potom dodao Ca(OH)₂ (gašeno vapno) da neutralizira H₂SO₄. Nastao je bijeli talog kalcijeva sulfata (gipsa) kojeg je uklonio filtracijom. Filtratu je zatim dodao aktivni ugljen (da ukloni boju), a dobivenu suspenziju, ovaj put crnu, profiltrirao. Tek tada je došla na red i oklada. Uzeo je čašu s filtratom te ga popio. Ništa mu se zla nije dogodilo, jer je popio vodu zaslađenu glukozom.

Celuloza je naime polimer koji se može depolimerizirati, a to znači rastaviti na monomere. Monomer celuloze je upravo glukoza, grožđani ili krvni šećer: celuloza je polimer glukoze, rekli bi kemičari. I tu se, rekli bismo, problem dobivanja etanola iz celuloze završava jer otopini glukoze treba samo dodati kvasac pa da ona provrije poput mošta. No jedno je kemija, a drugo kemijska tehnologija. Etanol se može doduše dobiti onako kao je to učinio kemičar iz anegdote, ali bi trebalo potrošiti mnogo sumporne kiseline i gašenog vapna, pa se to nikako ne bi isplatilo. Stoga se traže drugi, prikladniji postupci za proizvodnju etanola iz celuloze. I ne žali se ni novca ni vremena jer su ulozi veliki: celuloza je najrasprostranjeniji i najjeftiniji ugljikohidrat što nam ga daje majka priroda, pa bi se prevođenjem celuloze u etanol znatno pojeftinila i povećala njegova proizvodnja. I to ne – naravno – radi širenja alkoholizma. Etanol može naime zamijeniti benzin u motoru s unutrašnjim izgaranjem (bioetanol), a može biti i važna industrijska sirovina, jer od njega nije teško proizvesti polietilen i polibutadien, umjetnu gumu. Ali kako to izvesti, kako pretvoriti celulozu u etanol bez velikog troška?

To je međutim samo jedan od mnogih problema proizvodnje etanola iz celuloze jer se celuloza ne nalazi u prirodi (u drvu), pa ni u otpadnom papiru sasvim čista. Ona je naime pomiješana s hemicelulozom i ligninom – no, eto, kemičari su uspjeli riješiti i taj problem!

Kad kažem „kemičari“ mislim na osmoricu Kineza koji su u časopisu Molecules objavili znanstveni rad „Optimisation of the ethanol fermentation process using hydrothermal pretreatment of cellulose waste – effect of fermentation patern and strain“. Kao sirovinu su upotrijebili otpadni sanitarni papir (tissue paper), koji se sastoji od oko 60 % celuloze, 9 % hemiceluloze i 30 % lignina, dok ostatak čine anorganske soli („pepeo“). Kako se riješiti suvišnih tvari, hemiceluloze i lignina? Odgovor je: vrelom vodom.

Vrela voda je upravo onaj „hydrothermal pretreatment“ iz naslova; riječ je naime o kuhanju papira u autoklavu u čistoj, deioniziranoj vodi pri 160 ^oC. Nakon 50 minuta dobivena je papirna masa kojoj se udio celuloze povisio na 81 %, dok se udio hemiceluloze snizio na 6 %, a lignina na 12 %, očito zato što se hemiceluloza i lignin, za razliku od celuloze, otapaju u vreloj vodi. Toj je smjesi nakon hlađenja dodan enzim β-glikozidaza i kultura pekarskog kvasca (Saccharomyces cerevisiae). Enzim je cijepao molekule celuloze na njezine monomerne jedinice, molekule glukoze, a kvasac je glukozu prevodio u alkohol. Sve je lako, rekli bismo, jer je od papira djelovanjem vruće vode i enzima dobiveno nešto slično moštu, a od mošta do vina mali je korak. Ali nije.

Problem su organske kiseline koje također nastaju fermentacijom. One djeluju toksično na kvaščeve gljivice. Naročito je za njih pogubna octena kiselina koja nastaje iz hemiceluloze. Posljedica toga je da kvaščeve gljivice ne mogu dati ono što bi inače dale uz toliko obilje hrane, no ipak su u najbolje provedenom pokusu dovele do koncentracije alkohola kao u slabijem pivu: 35,15 g/L, što odgovara oko 3,5 % (v/v) alkohola. Dobivenu otopinu još treba destilirati da bi se iz nje izdvojio etanol – i evo goriva iz otpadnog papira.

Kada se sve preračuna, proizlazi da se iz kilograma otpadnog papira može dobiti 440 grama etanola. Kako se na svijetu godišnje baci 400 milijuna tona papira, od njega bi se opisanim postupkom moglo dobiti 176 milijuna tona bioetanola. Ali to su već pretjerivanja: niti se sav otpadni papir može sakupiti niti se sav sakupljeni papir može i treba preraditi u alkohol. No da je i desetina od toga, mnogo je.

Nenad Raos je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Autor je i koautor stotinjak znanstvenih i stručnih radova iz područja bioanorganske i teorijske kemije, molekularnog modeliranja te povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sada piše za Čovjek i svemir, mrežne stranice Panopticum,  te – naravno - Bug online. Sedam je godina bio glavni i tehnički urednik časopisa Priroda. Koautor je dva sveučilišna udžbenika i autor 16 znanstveno-popularnih knjiga. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.