Mehr als 30 Prozent der Landfläche der Erde bestehen aus Wäldern, und es wird geschätzt, dass es mehr als 3 Billionen Bäume auf der Erde gibt. Bäume und andere Gehölze sind in ihrem natürlichen Zustand lebensnotwendig für alle Aspekte des Lebens auf der Erde. Dazu gehört die Absorption von Kohlendioxid, die Bereitstellung von Lebensräumen für unzählige Tierarten und andere Organismen, die Verhinderung von Bodenerosion und die Bereitstellung von Filtern lebenswichtiger Luft- und Wasserquellen.
Biomasse von Bäumen kann jedoch auf eine Reihe von Arten verwendet werden, die Sie vielleicht nicht erwartet haben, insbesondere zur Unterstützung einer grünen und nachhaltigen Chemie. Lesen Sie weiter, um mehr zu erfahren.
Die Nachfrage nach Batteriematerialien wächst täglich, und eine Lösung dafür ist eine erneuerbare Kohlenstoffquelle zur Herstellung von Graphit – ein wesentlicher Bestandteil vieler Lithium-Ionen-Batterien.
Graphit besteht aus geschichtetem Graphen – Polymeren aus reinem Kohlenstoff, die in sechseckigen Schichten angeordnet sind. Diese Anordnung ermöglicht es Elektronen, leicht von einer Quelle zur anderen zu fließen, was sie zu perfekten Elektroden in den Batterien macht, die für Elektrofahrzeuge und andere batteriebetriebene Geräte benötigt werden. Graphit ist sehr zäh und stabil und kann über lange Zeiträume ohne Abbau verwendet werden. Die Substanz kommt natürlich vor, aber die Nachfrage nach Materialvolumen und Reinheit hat dazu geführt, dass verschiedene Synthesewege immer mehr zum Mainstream geworden sind. Diese Methoden beziehen häufig Kohlenstoff aus fossilen Brennstoffen wie Methan und erfordern eine Fülle von Energie, wodurch die funktionalen Vorteile der Verwendung von Batterien minimiert werden.
Holzige Biomasse besteht hauptsächlich aus Lignin und Zellulose – den beiden am häufigsten vorkommenden Polymeren auf der Erde – die hauptsächlich aus Kohlenstoff mit etwas Wasserstoff und Sauerstoff bestehen. Diese komplexen organischen Polymere können anstelle von nicht nachhaltigen fossilen Brennstoffen in viele andere nützliche Moleküle, einschließlich Graphit und Graphen, zerlegt oder neu angeordnet werden.
Mit der richtigen Kombination aus Behandlung und Katalysatoren können Lignin und Zellulose zur Synthese vieler kommerziell wertvoller Chemikalien verwendet werden, die zuvor aus fossilen Brennstoffen gewonnen wurden. Eine neue Studie, die im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht wurde, ergab, dass feste Säurekatalysatoren wie Zeolithe und anorganische Salze Acrylsäure aus Milchsäure mit einer Umwandlungsrate von bis zu 92 % effektiv synthetisieren können.
Milchsäure ist ein übliches Nebenprodukt beim Abbau von Lignocellulose-Biomasse von Bäumen und anderen Holzpflanzen. Acrylsäure und andere Acrylate sind wichtige Industriechemikalien, die häufig in Klebstoffen, Farben und Polituren, superabsorbierenden Materialien und als Rohstoff für andere wichtige Polymere und Kunststoffe verwendet werden. Dieser neue katalytische Weg ist nicht nur nachhaltiger als aus fossilen Brennstoffen gewonnene Acrylsäure, er ist auch potenziell kostengünstiger – was einer der größten Nachteile bei der Entwicklung neuer nachhaltiger Prozesse ist.
Kraftstoff ist vielleicht die vielversprechendste Verwendung von Biomasse als erneuerbarer Ersatz für Erdöl. Theoretisch können Biokraftstoffe zur Energiegewinnung verbrannt werden und bleiben aufgrund der Kohlenstoffabsorption als Teil des Pflanzenwachstums COXNUMX-neutral (oder sogar COXNUMX-negativ).
Je nach Herkunft des Pflanzenmaterials gibt es drei verschiedene Kategorien von Biokraftstoffen. Biokraftstoffe der ersten Generation werden aus bestehenden Nahrungspflanzen wie Mais oder Soja gewonnen und erfordern relativ wenig Verarbeitung, um in eine brauchbare Kraftstoffquelle wie Ethanol oder Öle umgewandelt zu werden. Ein Nachteil ist jedoch die begrenzte Menge an Ackerland, die auf der Erde zur Verfügung steht. Um genügend Ernten sowohl für Nahrungs- als auch für Brennstoffzwecke bereitzustellen, muss die Gestaltung der globalen Ackerflächen sowie die Nutzung von Ressourcen wie Wasser und Düngemitteln optimiert werden.
Holzige Biomasse gilt als Biokraftstoff der zweiten Generation, da sie häufig aus den Abfällen bestehender Prozesse wie der Papierherstellung oder der Holzverarbeitung stammt. Da diese hauptsächlich aus Lignin und Zellulose besteht, ist mehr Energie erforderlich, um diese in einfachere Kohlenwasserstoffe zu zerlegen, die dann als Kraftstoff verwendet werden können. Biokraftstoffe der zweiten Generation können auch aus landwirtschaftlichen Abfällen wie Weizenstroh oder Maisstroh hergestellt werden, sobald sie ihren Zweck als Nahrungspflanze erfüllt haben.
Die dritte Generation von Biokraftstoffen stammt aus ölproduzierenden Algen, die spezielle Anlagen zur Herstellung von Kraftstoffrohstoffen benötigen. Sobald das Öl aus den Algen gewonnen wird, ist die Verarbeitung zu Kraftstoff relativ einfach. Das Erreichen eines optimalen Algenwachstums ist jedoch anspruchsvoll und teuer.
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