تتكون أكثر من 30 في المائة من مساحة اليابسة في العالم من الغابات ، ويقدر أن هناك أكثر من 3 تريليونات شجرة على الأرض. في حالتها الطبيعية ، تعتبر الأشجار والنباتات الخشبية الأخرى حيوية لجميع جوانب الحياة على الأرض. وهذا يشمل امتصاص ثاني أكسيد الكربون ، وتوفير موائل لأنواع لا حصر لها من الحيوانات والكائنات الحية الأخرى ، ومنع تآكل التربة ، وتوفير ترشيح مصادر الهواء والمياه الحيوية.
ومع ذلك ، يمكن استخدام الكتلة الحيوية من الأشجار بعدة طرق قد لا تتوقعها ، خاصة لدعم الكيمياء الخضراء والمستدامة. تابع القراءة لمعرفة المزيد.
يتزايد الطلب على مواد البطاريات كل يوم ، وأحد الحلول لذلك هو مصدر الكربون المتجدد لإنتاج الجرافيت - وهو مكون حيوي للعديد من بطاريات الليثيوم أيون.
يتكون الجرافيت من طبقات من الجرافين - بوليمرات من الكربون النقي ، مرتبة في صفائح سداسية. يسمح هذا الترتيب للإلكترونات بالتدفق بسهولة من مصدر إلى آخر ، مما يجعلها الأقطاب الكهربائية المثالية داخل البطاريات اللازمة للسيارات الكهربائية والأجهزة الأخرى التي تعمل بالبطاريات. الجرافيت مادة صلبة ومستقرة للغاية ، ويمكن أن تكون مفيدة لفترات طويلة من الزمن دون أن تتحلل. تحدث المادة بشكل طبيعي ، لكن الطلب على حجم المواد ونقاوتها قد شهد طرقًا تركيبية مختلفة أصبحت أكثر شيوعًا. غالبًا ما تُصدر هذه الطرق الكربون من الوقود الأحفوري مثل الميثان ، وتتطلب وفرة من الطاقة ، وبالتالي تقليل الفوائد الوظيفية لاستخدام البطاريات على الإطلاق.
تتكون الكتلة الحيوية الخشبية بشكل أساسي من اللجنين والسليلوز - وهما البوليمران الأكثر وفرة على وجه الأرض - اللذان يتألفان أساسًا من الكربون ، مع بعض الهيدروجين والأكسجين. يمكن تقسيم هذه البوليمرات العضوية المعقدة أو إعادة ترتيبها إلى العديد من الجزيئات المفيدة الأخرى ، بما في ذلك الجرافيت والجرافين ، بدلاً من الوقود الأحفوري غير المستدام.
باستخدام المزيج الصحيح من المعالجة والمحفزات ، يمكن استخدام اللجنين والسليلوز لتصنيع العديد من المواد الكيميائية ذات القيمة التجارية ، والتي كانت مشتقة سابقًا من الوقود الأحفوري. وجدت دراسة جديدة نُشرت في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية أن محفزات الأحماض الصلبة ، مثل الزيوليت والأملاح غير العضوية ، يمكنها بشكل فعال تصنيع حمض الأكريليك من حمض اللاكتيك ، بمعدل تحويل يصل إلى 92٪.
حمض اللاكتيك هو منتج ثانوي شائع من تكسير الكتلة الحيوية من الأشجار والنباتات الخشبية الأخرى. حمض الأكريلات والأكريلات الأخرى هي مواد كيميائية صناعية رئيسية ، تستخدم بشكل شائع في المواد اللاصقة والدهانات والتلميع والمواد فائقة الامتصاص وكمادة أولية للبوليمرات واللدائن الرئيسية الأخرى. هذا الطريق التحفيزي الجديد ليس فقط أكثر استدامة من حمض الأكريليك المشتق من الوقود الأحفوري ، ولكنه أيضًا أكثر فعالية من حيث التكلفة - وهو أحد أكبر عيوب تطوير عمليات مستدامة جديدة.
ربما يكون الوقود هو الاستخدام الواعد للكتلة الحيوية ، كبديل متجدد للبترول. من الناحية النظرية ، يمكن حرق الوقود الحيوي من أجل الطاقة ويبقى محايدًا للكربون (أو حتى سالبًا للكربون) بسبب امتصاص الكربون كجزء من نمو النبات.
هناك ثلاث فئات مختلفة من الوقود الحيوي ، اعتمادًا على أصل المادة النباتية. يتم الحصول على الوقود الحيوي من الجيل الأول من المحاصيل الغذائية الموجودة ، مثل الذرة أو فول الصويا ، وتتطلب معالجة قليلة نسبيًا لتحويلها إلى مصدر وقود قابل للتطبيق مثل الإيثانول أو الزيوت. ومع ذلك ، فإن أحد العوائق هو الكمية المحدودة من الأراضي الصالحة للزراعة المتاحة على الأرض. لتوفير محاصيل كافية لكل من أغراض الغذاء والوقود ، يجب تحسين تخطيط الأراضي الزراعية العالمية ، فضلاً عن استخدام الموارد مثل المياه والأسمدة.
تعتبر الكتلة الحيوية الخشبية من الجيل الثاني من الوقود الحيوي ، لأنها غالبًا ما تأتي من هدر العمليات الحالية مثل تصنيع الورق أو معالجة الأخشاب. نظرًا لأن هذا يتكون في الغالب من اللجنين والسليلوز ، فإن الأمر يتطلب مزيدًا من الطاقة لتفكيكها إلى هيدروكربونات أبسط يمكن استخدامها بعد ذلك للوقود. يمكن أيضًا تصنيع أنواع الوقود الحيوي من الجيل الثاني من النفايات الزراعية ، مثل قش القمح أو سيقان الذرة ، بمجرد أن تخدم الغرض منها كمحاصيل غذائية.
يأتي الجيل الثالث من الوقود الحيوي من الطحالب المنتجة للنفط ، والتي تتطلب مرافق مخصصة لإنتاج المواد الأولية للوقود. بمجرد الحصول على الزيت من الطحالب ، يصبح التصنيع في الوقود أمرًا سهلاً نسبيًا. ومع ذلك ، فإن تحقيق النمو الأمثل للطحالب يمثل تحديًا ومكلفًا.
هل أنت قلق بشأن عملياتك الكيميائية؟ نحن هنا للمساعدة. في Chemwatch لدينا مجموعة من الخبراء تغطي جميع مجالات إدارة المواد الكيميائية ، من تخزين المواد الكيميائية إلى تقييم المخاطر إلى رسم الخرائط الحرارية والتعليم الإلكتروني والمزيد. تواصل معنا اليوم لمعرفة المزيد!
مصادر:
