Πάνω από το 30 τοις εκατό της παγκόσμιας έκτασης αποτελείται από δάση και υπολογίζεται ότι υπάρχουν 3 τρισεκατομμύρια συν δέντρα στη Γη. Στη φυσική τους κατάσταση, τα δέντρα και άλλα ξυλώδη φυτά είναι ζωτικής σημασίας για όλες τις πτυχές της ζωής στη γη. Αυτό περιλαμβάνει την απορρόφηση διοξειδίου του άνθρακα, την παροχή ενδιαιτημάτων για αμέτρητα είδη ζώων και άλλων οργανισμών, την πρόληψη της διάβρωσης του εδάφους και την παροχή φιλτραρίσματος ζωτικών πηγών αέρα και νερού.
Ωστόσο, η βιομάζα από τα δέντρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί με διάφορους τρόπους που ίσως δεν περιμένατε, ειδικά για την υποστήριξη της πράσινης και βιώσιμης χημείας. Διαβάστε παρακάτω για να μάθετε περισσότερα.
Η ζήτηση για υλικά μπαταριών αυξάνεται καθημερινά και μια λύση για αυτό είναι μια ανανεώσιμη πηγή άνθρακα για την παραγωγή γραφίτη - ζωτικής σημασίας συστατικό πολλών μπαταριών ιόντων λιθίου.
Ο γραφίτης αποτελείται από στρωματοποιημένο γραφένιο—πολυμερή καθαρού άνθρακα, διατεταγμένα σε εξαγωνικά φύλλα. Αυτή η διάταξη επιτρέπει στα ηλεκτρόνια να ρέουν εύκολα από τη μια πηγή στην άλλη, καθιστώντας τα τα τέλεια ηλεκτρόδια μέσα στις μπαταρίες που χρειάζονται για ηλεκτρικά οχήματα και άλλες συσκευές που τροφοδοτούνται από μπαταρίες. Ο γραφίτης είναι πολύ σκληρός και σταθερός και μπορεί να είναι χρήσιμος για μεγάλες χρονικές περιόδους χωρίς να υποβαθμίζεται. Η ουσία εμφανίζεται φυσικά, αλλά η ζήτηση για όγκο και καθαρότητα υλικού έχει κάνει διαφορετικές συνθετικές οδούς να γίνονται πιο κυρίαρχες. Αυτές οι μέθοδοι συχνά προμηθεύουν άνθρακα από ορυκτά καύσιμα, όπως το μεθάνιο, και απαιτούν άφθονη ενέργεια, ελαχιστοποιώντας έτσι τα λειτουργικά οφέλη από τη χρήση μπαταριών.
Η ξυλώδης βιομάζα αποτελείται κυρίως από λιγνίνη και κυτταρίνη - τα δύο πιο άφθονα πολυμερή στη γη - τα οποία αποτελούνται κυρίως από άνθρακα, με λίγο υδρογόνο και οξυγόνο. Αυτά τα πολύπλοκα οργανικά πολυμερή μπορούν να διασπαστούν ή να αναδιαταχθούν σε πολλά άλλα χρήσιμα μόρια, συμπεριλαμβανομένου του γραφίτη και του γραφενίου, αντί για μη βιώσιμα ορυκτά καύσιμα.
Με τον σωστό συνδυασμό επεξεργασίας και καταλυτών, η λιγνίνη και η κυτταρίνη μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη σύνθεση πολλών εμπορικά πολύτιμων χημικών ουσιών, που προηγουμένως προέρχονταν από ορυκτά καύσιμα. Μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Journal of the American Chemical Society διαπίστωσε ότι οι καταλύτες στερεών οξέων, όπως οι ζεόλιθοι και τα ανόργανα άλατα, μπορούν να συνθέσουν αποτελεσματικά το ακρυλικό οξύ από το γαλακτικό οξύ, με ποσοστό μετατροπής έως και 92%.
Το γαλακτικό οξύ είναι ένα κοινό υποπροϊόν από τη διάσπαση της λιγνοκυτταρινικής βιομάζας από δέντρα και άλλα ξυλώδη φυτά. Το ακρυλικό οξύ και άλλα ακρυλικά είναι βασικά βιομηχανικά χημικά, που χρησιμοποιούνται συνήθως σε κόλλες, χρώματα και στιλβωτικά, υπεραπορροφητικά υλικά και ως πρώτη ύλη για άλλα βασικά πολυμερή και πλαστικά. Όχι μόνο αυτή η νέα καταλυτική οδός είναι πιο βιώσιμη από το ακρυλικό οξύ που προέρχεται από ορυκτά καύσιμα, είναι επίσης δυνητικά πιο αποδοτική από πλευράς κόστους—που είναι ένα από τα μεγαλύτερα μειονεκτήματα της ανάπτυξης νέων βιώσιμων διαδικασιών.
Το καύσιμο είναι ίσως η πιο πολλά υποσχόμενη χρήση βιομάζας, ως ανανεώσιμη πηγή πετρελαίου. Θεωρητικά, τα βιοκαύσιμα μπορούν να καούν για ενέργεια και να παραμείνουν ουδέτερα ως προς τον άνθρακα (ή ακόμα και αρνητικά σε άνθρακα) λόγω της απορρόφησης άνθρακα ως μέρος της ανάπτυξης των φυτών.
Υπάρχουν τρεις διαφορετικές κατηγορίες βιοκαυσίμων, ανάλογα με την προέλευση της φυτικής ύλης. Τα βιοκαύσιμα πρώτης γενιάς προέρχονται από υπάρχουσες καλλιέργειες τροφίμων, όπως το καλαμπόκι ή η σόγια, και απαιτούν σχετικά μικρή επεξεργασία για να μετατραπούν σε βιώσιμη πηγή καυσίμου όπως η αιθανόλη ή τα έλαια. Ένα μειονέκτημα, ωστόσο, είναι η περιορισμένη ποσότητα καλλιεργήσιμης γης που είναι διαθέσιμη στη Γη. Για να παρέχονται αρκετές καλλιέργειες τόσο για τρόφιμα όσο και για καύσιμα, πρέπει να βελτιστοποιηθεί η διάταξη της παγκόσμιας γεωργικής γης, καθώς και η χρήση πόρων όπως το νερό και τα λιπάσματα.
Η ξυλώδης βιομάζα θεωρείται βιοκαύσιμο δεύτερης γενιάς, καθώς προέρχεται συχνά από τη σπατάλη υπαρχουσών διεργασιών όπως η κατασκευή χαρτιού ή η επεξεργασία ξυλείας. Επειδή αποτελείται κυρίως από λιγνίνη και κυτταρίνη, απαιτείται περισσότερη ενέργεια για τη διάσπασή τους σε απλούστερους υδρογονάνθρακες που μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για καύσιμο. Τα βιοκαύσιμα δεύτερης γενιάς μπορούν επίσης να παραχθούν από γεωργικά απόβλητα, όπως άχυρο σιταριού ή μίσχοι καλαμποκιού, αφού έχουν εξυπηρετήσει τον σκοπό τους ως καλλιέργειες τροφίμων.
Η τρίτη γενιά βιοκαυσίμων προέρχεται από φύκια που παράγουν πετρέλαιο, τα οποία απαιτούν ειδικές εγκαταστάσεις για την παραγωγή πρώτων υλών καυσίμων. Μόλις το λάδι αποκτηθεί από τα φύκια, η κατασκευή σε καύσιμο είναι σχετικά εύκολη. Ωστόσο, η επίτευξη βέλτιστης ανάπτυξης φυκών είναι δύσκολη και δαπανηρή.
Ανησυχείτε για τις χημικές σας διαδικασίες; Είμαστε εδώ για να βοηθήσουμε. Στο Chemwatch Διαθέτουμε μια σειρά από ειδικούς που καλύπτουν όλους τους τομείς διαχείρισης χημικών, από την αποθήκευση χημικών έως την Εκτίμηση Κινδύνων έως τη χαρτογράφηση θερμότητας, την ηλεκτρονική μάθηση και πολλά άλλα. Επικοινωνήστε μαζί μας σήμερα για να μάθετε περισσότερα!
Πηγές:
