Více než 30 procent světové pevniny tvoří lesy a odhaduje se, že na Zemi je více než 3 biliony stromů. Stromy a jiné dřeviny jsou ve svém přirozeném stavu životně důležité pro všechny aspekty života na Zemi. To zahrnuje absorpci oxidu uhličitého, poskytování stanovišť pro nespočet druhů zvířat a dalších organismů, prevenci eroze půdy a zajištění filtrace životně důležitých zdrojů vzduchu a vody.
Biomasu ze stromů lze ale využít mnoha způsoby, které jste možná nečekali, zejména na podporu zelené a udržitelné chemie. Čtěte dále a dozvíte se více.
Poptávka po materiálech pro baterie každým dnem roste a jedním z řešení je obnovitelný zdroj uhlíku k výrobě grafitu – životně důležité součásti mnoha lithium-iontových baterií.
Grafit se skládá z vrstveného grafenu – polymerů čistého uhlíku, uspořádaných do šestiúhelníkových listů. Toto uspořádání umožňuje elektronům pohotově proudit z jednoho zdroje do druhého, což z nich dělá dokonalé elektrody uvnitř baterií potřebné pro elektrická vozidla a jiná zařízení napájená bateriemi. Grafit je velmi houževnatý a stabilní a může být užitečný po dlouhou dobu bez degradace. Látka se vyskytuje přirozeně, ale poptávka po objemu a čistotě materiálu zaznamenala, že se různé syntetické cesty staly běžnějšími. Tyto metody často získávají uhlík z fosilních paliv, jako je metan, a vyžadují dostatek energie, čímž se minimalizují funkční výhody používání baterií vůbec.
Dřevěná biomasa je primárně tvořena ligninem a celulózou – dvěma nejrozšířenějšími polymery na Zemi – které jsou primárně složeny z uhlíku s trochou vodíku a kyslíku. Tyto složité organické polymery lze rozložit nebo přeskupit na mnoho dalších užitečných molekul, včetně grafitu a grafenu, namísto neudržitelných fosilních paliv.
Při správné kombinaci úpravy a katalyzátorů lze lignin a celulózu použít k syntéze mnoha komerčně cenných chemikálií, které byly dříve získávány z fosilních paliv. Nová studie publikovaná v Journal of the American Chemical Society zjistila, že pevné kyselé katalyzátory, jako jsou zeolity a anorganické soli, mohou účinně syntetizovat kyselinu akrylovou z kyseliny mléčné s mírou konverze až 92 %.
Kyselina mléčná je běžným vedlejším produktem odbourávání lignocelulózové biomasy ze stromů a jiných dřevin. Kyselina akrylová a další akryláty jsou klíčové průmyslové chemikálie, běžně používané v lepidlech, barvách a leštidlech, superabsorpčních materiálech a jako surovina pro další klíčové polymery a plasty. Nejen, že je tato nová katalytická cesta udržitelnější než kyselina akrylová z fosilních paliv, ale je také potenciálně nákladově efektivnější – což je jedna z největších nevýhod vývoje nových udržitelných procesů.
Palivo je možná nejslibnějším využitím biomasy jako obnovitelné náhrady za ropu. Teoreticky lze biopaliva spalovat na energii a zůstat uhlíkově neutrální (nebo dokonce uhlíkově negativní) díky absorpci uhlíku jako součást růstu rostlin.
Existují tři různé kategorie biopaliv v závislosti na původu rostlinné hmoty. Biopaliva první generace pocházejí ze stávajících potravinářských plodin, jako je kukuřice nebo sója, a vyžadují relativně malé zpracování, aby se přeměnily na životaschopný zdroj paliva, jako je etanol nebo oleje. Jednou nevýhodou je však omezené množství orné půdy dostupné na Zemi. Aby bylo zajištěno dostatečné množství plodin pro potravinářské i palivové účely, je třeba optimalizovat rozložení globální zemědělské půdy a také využití zdrojů, jako je voda a hnojiva.
Dřevní biomasa je považována za biopalivo druhé generace, protože často pochází z odpadu existujících procesů, jako je výroba papíru nebo zpracování dřeva. Protože je většinou vyroben z ligninu a celulózy, je zapotřebí více energie k jejich rozložení na jednodušší uhlovodíky, které pak mohou být použity jako palivo. Biopaliva druhé generace lze také vyrábět ze zemědělského odpadu, jako je pšeničná sláma nebo stonky kukuřice, jakmile poslouží svému účelu jako potravinářské plodiny.
Třetí generace biopaliv pochází z řas produkujících ropu, které vyžadují vyhrazená zařízení pro výrobu palivových surovin. Jakmile je olej získán z řas, je výroba paliva poměrně snadná. Dosažení optimálního růstu řas je však náročné a nákladné.
Zajímá vás vaše chemické procesy? Jsme tu, abychom vám pomohli. Na Chemwatch máme řadu odborníků pokrývajících všechny oblasti chemického managementu, od skladování chemikálií přes hodnocení rizik až po tepelné mapování, eLearning a další. Kontakt dnes se dozvíte více!
Zdroje:
