Zellulose-Ethanol ist ein Biokraftstoff, der aus Zellulose, dem Hauptbestandteil der pflanzlichen Zellwände, hergestellt wird. Cellulose ist in allen Pflanzen enthalten und ist die häufigste organische Verbindung der Erde. Während es schwieriger ist, Ethanol aus Zellulose herzustellen als aus Stärke oder zuckerbasierten Pflanzen wie Mais, sind die Quellen für Zellulose praktisch unbegrenzt. Dies ist ein großer Vorteil, der es den Produzenten ermöglicht, Ressourcen wie landwirtschaftliche Abfälle, Nebenprodukte der Rasen-, Garten- und Baumpflege sowie schnell wachsende Non-Food-Pflanzen zu verwenden, die auf weniger wünschenswerten Flächen angebaut werden können.
Es gibt zwei Haupttypen von Rohstoffen oder Rohstoffen, die zur Herstellung von Zellulose-Ethanol verwendet werden: landwirtschaftliche Biomasse und forstwirtschaftliche Biomasse. Landwirtschaftliche Biomasse kann Abfallstoffe von Nahrungspflanzen wie Maiskolben, Maisstroh oder Reisstroh umfassen. Es kann auch aus Pflanzen stammen, die speziell für die Energieerzeugung angebaut werden. Einige Nutzpflanzen, die verwendet werden können, sind Rutenhirse, Zuckerrohr und Miscanthus. Bevorzugt werden in der Regel selbstaussäende Pflanzen, die nicht nach jedem Anbau neu gepflanzt werden müssen, die trockenheits- und witterungsbeständig sind.
Forst- oder holzige Biomasse bietet auch eine Vielzahl von Optionen für die Ethanolproduktion und hat bestimmte Verarbeitungsvorteile gegenüber landwirtschaftlicher Biomasse, die sie zu einer wertvollen Alternative machen. Wie bei landwirtschaftlicher Biomasse können bestimmte Baumarten gezielt als Energiepflanzen angebaut werden. Kurzumtriebsbaumkulturen, die schnell gepflanzt, geerntet und neu gepflanzt werden können, sind die idealen Kandidaten für den Einsatz in der Zellulose-Ethanol-Produktion. Forstwirtschaftliche Nebenprodukte sind eine weitere Option; Holzspäne, Rinde und Sägemehl können verwendet werden. Eine andere Alternative ist Altpapierzellstoff.
Um Cellulose-Ethanol herzustellen, kann eines von zwei Hauptverfahren verwendet werden. Die erste ist die Zellulolyse, ein Verfahren, bei dem Zellulose durch Hydrolyse in Einfachzucker zerlegt wird. Die Zellulose wird vorbehandelt, um einen Teil ihrer starren Struktur sowohl physikalisch als auch chemisch aufzubrechen. Es ist dann für den Hydrolyseprozess besser zugänglich, bei dem die Moleküle mithilfe von Enzymen namens Cellulase-Enzymen in Zucker zerlegt werden. Der Zucker wird von allen anderen Reststoffen getrennt und dann mit Mikroben fermentiert und destilliert.
Das zweite Verfahren, das verwendet werden kann, ist die Vergasung. Bei der Vergasung wird der in der Cellulose enthaltene Kohlenstoff durch Teilverbrennung in Wasserstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid umgewandelt. Ein Mikroorganismus namens Clostridium ljungdhalii wird dann verwendet, um diese Gase zu fermentieren und in Ethanol und Wasser umzuwandeln. Das Ethanol wird dann aus dem Wasser destilliert.