Замена масла деревом для производства химикатов

Два исследовательских проекта Национальной исследовательской программы «Ресурс древесины» (NRP 66) сделали значительные успехи в замене масла биомассой, полученной из растений, в частности из древесины. Их цели дополняют друг друга, поскольку в каждом из них используется один из двух основных компонентов древесины: целлюлоза и лигнин. Это два наиболее распространенных органических компонента на Земле, которые, что важно, являются возобновляемыми.Светлана Сианкевич из EPFL разработала новые каталитические процессы для эффективного преобразования целлюлозы в гидроксиметилфурфурол (HMF), очень важный прекурсор для производства пластмасс, удобрений или биотоплива.

Вдохновленная действием грибков, разрушающих гниющую древесину, команда Филиппа Корвини из FHNW в Муттенце (BL) выбрала ферменты, способные расщеплять лигнин на ароматические соединения, полезные для создания растворителей, пестицидов, пластмасс, таких как полистиролы, а также активных фармацевтических ингредиентов.Химия вместо бумаги

Целлюлоза представляет собой длинную цепочку молекул углеводов (сахара), на долю которой приходится около двух третей веса древесины. «В основном он используется для производства бумаги, и остатки можно было бы лучше использовать, если бы их можно было превратить в полезные химические вещества», — говорит Светлана Сианкевич из Института химических наук и инженерии EPFL. Совместно с коллегами из Королевского университета в Канаде и Национального университета Сингапура команда EPFL во главе с химиком Полом Дайсоном синтезировала несколько типов ионных жидкостей (расплавленных солей) для преобразования целлюлозы в HMF, важную молекулу для производства товарных химикатов. За один этап их реакция достигла 62% выхода, нового рекорда.«Наша процедура работает в мягких условиях, то есть без очень высоких температур, давления или сильных кислот», — говорит Сианкевич. «Мы также смогли уменьшить количество нежелательных побочных продуктов, что является важным моментом, если необходимо расширить масштабы реакции для промышленных процессов.

Наш процесс может работать с древесиной, но часто проще использовать целлюлозу, извлеченную из травянистых растений. . "Экологичная химияВ Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) в Муттенце Филипп Корвини и его аспирант Кристоф Гассер разрабатывают способы использования лигнина, длинной молекулы, которая придает деревьям их жесткость и составляет около 15-40% древесины. «До сих пор лигнин не очень ценился, а часто просто сжигался», — говорит Корвини. «Но его можно разрезать на ароматические структуры, молекулы на основе знаменитого углеродного шестиугольника, повсеместно распространенного в органической химии.

Эти компоненты представляют собой огромные объемы для химической промышленности, и до сих пор были получены почти исключительно из нефти. Лигнин в настоящее время является наиболее серьезной альтернативой. . "Некоторые грибы выделяют комбинацию ферментов для разложения лигнина и измельчения его на более мелкие кусочки. Команда Корвини из FHNW проверила комбинации из десятков таких ферментов, чтобы выбрать наиболее эффективные. Добавив еще одну каталитическую стадию, им удалось превратить 40% лигнина в очень маленькие молекулы, такие как ванилин.

Процесс представляет интерес для химической промышленности, и сотрудничество с производителем лигнина уже ведется. «Большая часть лигнина сегодня получается из пшеничной или рисовой соломы», — говорит Корвини. «Но мягкая древесина, такая как ель, может оказаться полезной, поскольку ее лигнин легко разрушается».Команда FHNW также разработала способ повторного использования ферментов. «Мы прикрепили их к наночастицам железа, покрытым диоксидом кремния, — объясняет исследователь.

После реакции мы просто приближаемся с магнитом, чтобы привлечь частицы и восстановить ферменты». Поскольку их можно повторно использовать до десяти раз, энергия и ресурсы, необходимые для их производства, значительно сокращаются и хорошо вписываются в концепцию «зеленой химии».

Все из дереваЧтобы быть экономически жизнеспособным, древесина в качестве замены нефтехимии должна использоваться в максимально возможной степени. «Недостаточно извлекать из древесины только один компонент в небольшом количестве», — говорит Светлана Сианкевич. «Нам нужно найти дополнительные процессы, чтобы использовать все это». Но необходимо рассмотреть больше аспектов, чтобы оценить, может ли древесина служить экономически жизнеспособной заменой нефти.

В рамках третьего проекта NRP 66 недавно была проведена оценка устойчивости производства янтарной кислоты, другого важного химического вещества, из древесных отходов. (***) Исследование ETH Zurich и EPFL показывает, что разумная разработка процесса может привести к экономии энергии. экологические выгоды — ключевые факторы конкурентоспособности биоперерабатывающих заводов.


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *