Mere end 30 procent af verdens landareal består af skove, og der anslås at være 3 billioner plus træer på Jorden. I deres naturlige tilstand er træer og andre træagtige planter afgørende for alle aspekter af livet på jorden. Dette inkluderer absorption af kuldioxid, tilvejebringelse af levesteder for utallige arter af dyr og andre organismer, forebyggelse af jorderosion og tilvejebringelse af filtrering af vitale luft- og vandkilder.
Biomasse fra træer kan dog bruges på en række måder, som du måske ikke havde forventet, især for at understøtte grøn og bæredygtig kemi. Læs videre for at finde ud af mere.
Efterspørgslen efter batterimaterialer vokser hver dag, og en løsning til dette er en vedvarende kilde til kulstof til fremstilling af grafit - en vital komponent i mange lithium-ion-batterier.
Grafit består af lagdelt grafen - polymerer af rent kulstof, arrangeret i sekskantede plader. Dette arrangement gør det muligt for elektroner at flyde let fra en kilde til en anden, hvilket gør dem til de perfekte elektroder inde i de batterier, der er nødvendige for elektriske køretøjer og andre batteridrevne enheder. Grafit er meget sejt og stabilt og kan være nyttigt i lange perioder uden at nedbryde. Stoffet forekommer naturligt, men efterspørgslen efter materialevolumen og renhed har fået forskellige syntetiske veje til at blive mere mainstream. Disse metoder henter ofte kulstof fra fossile brændstoffer såsom metan og kræver en overflod af energi, hvilket minimerer de funktionelle fordele ved overhovedet at bruge batterier.
Træagtig biomasse består primært af lignin og cellulose - de to mest udbredte polymerer på jorden - som primært er sammensat af kulstof med noget brint og oxygen. Disse komplekse organiske polymerer kan nedbrydes eller omarrangeres til mange andre nyttige molekyler, herunder grafit og grafen, i stedet for uholdbare fossile brændstoffer.
Med den rigtige kombination af behandling og katalysatorer kan lignin og cellulose bruges til at syntetisere mange kommercielt værdifulde kemikalier, som tidligere har været udvundet af fossile brændstoffer. En ny undersøgelse offentliggjort i Journal of the American Chemical Society viste, at faste syrekatalysatorer, såsom zeolitter og uorganiske salte, effektivt kan syntetisere akrylsyre fra mælkesyre med en omdannelsesrate på så høj som 92%.
Mælkesyre er et almindeligt biprodukt fra nedbrydning af lignocelluloseholdig biomasse fra træer og andre træagtige planter. Akrylsyre og andre acrylater er vigtige industrielle kemikalier, der almindeligvis anvendes i klæbemidler, maling og polermidler, superabsorberende materialer og som råmateriale til andre vigtige polymerer og plast. Ikke alene er denne nye katalytiske rute mere bæredygtig end akrylsyre afledt af fossilt brændstof, den er også potentielt mere omkostningseffektiv - hvilket er en af de største ulemper ved at udvikle nye bæredygtige processer.
Brændstof er måske den mest lovende anvendelse af biomasse, som en vedvarende erstatning for olie. I teorien kan biobrændstoffer brændes for energi og forblive kulstofneutral (eller endda kulstofnegativ) på grund af kulstofabsorptionen som en del af plantevæksten.
Der er tre forskellige kategorier af biobrændstof, afhængigt af plantematerialets oprindelse. Første generations biobrændstoffer kommer fra eksisterende fødevareafgrøder, såsom majs eller soja, og kræver relativt lidt forarbejdning for at blive til en levedygtig brændstofkilde såsom ethanol eller olier. En ulempe er imidlertid den begrænsede mængde agerjord tilgængelig på Jorden. For at skaffe nok afgrøder til både fødevare- og brændstofformål skal indretningen af den globale landbrugsjord optimeres, såvel som brugen af ressourcer som vand og gødning.
Træagtig biomasse betragtes som et anden generations biobrændstof, da det ofte kommer fra spild af eksisterende processer såsom papirfremstilling eller træforarbejdning. Fordi dette for det meste er lavet af lignin og cellulose, kræves der mere energi til at nedbryde disse til enklere kulbrinter, som derefter kan bruges til brændstof. Anden generations biobrændstoffer kan også fremstilles af landbrugsaffald, såsom hvedehalm eller majsstilke, når de har tjent deres formål som fødevareafgrøder.
Den tredje generation af biobrændstoffer kommer fra olieproducerende alger, som kræver dedikerede faciliteter til at producere brændstofråvarer. Når først olien er erhvervet fra algerne, er fremstilling til brændstof relativt let. Det er dog udfordrende og dyrt at opnå optimal algevækst.
Er du bekymret for dine kemiske processer? Vi er her for at hjælpe. På Chemwatch vi har en række eksperter, der spænder over alle kemikaliehåndteringsområder, fra kemikalieopbevaring til risikovurdering til varmekortlægning, eLearning og mere. Kontakt os i dag for at finde ud af mere!
kilder:
