Yli 30 prosenttia maailman maa-alasta koostuu metsistä, ja maapallolla arvioidaan olevan yli 3 biljoonaa puuta. Puut ja muut puumaiset kasvit ovat luonnollisessa tilassaan elintärkeitä kaikelle elämän osa-alueelle maan päällä. Tämä sisältää hiilidioksidin imeytymisen, elinympäristöjen tarjoamisen lukemattomille eläinlajeille ja muille organismeille, maaperän eroosion estämisen sekä elintärkeiden ilman- ja vesilähteiden suodattamisen.
Puiden biomassaa voidaan kuitenkin käyttää monilla tavoilla, joita et ehkä olisi osannut odottaa, erityisesti vihreän ja kestävän kemian tukemiseen. Lue lisää saadaksesi lisätietoja.
Akkumateriaalien kysyntä kasvaa joka päivä, ja yksi ratkaisu tähän on uusiutuva hiilen lähde grafiitin tuottamiseksi, joka on monien litiumioniakkujen tärkeä osa.
Grafiitti koostuu kerroksellisesta grafeenista – puhtaan hiilen polymeereistä, jotka on järjestetty kuusikulmaisiin levyihin. Tämä järjestely mahdollistaa elektronien virtauksen helposti lähteestä toiseen, mikä tekee niistä täydellisiä elektrodeja akkujen sisällä, joita tarvitaan sähköajoneuvoissa ja muissa akkukäyttöisissä laitteissa. Grafiitti on erittäin kovaa ja vakaata, ja se voi olla hyödyllinen pitkiä aikoja hajoamatta. Aine esiintyy luonnossa, mutta materiaalin tilavuuden ja puhtauden vaatimukset ovat saaneet erilaiset synteettiset reitit yleistymään. Näillä menetelmillä saadaan usein hiiltä fossiilisista polttoaineista, kuten metaanista, ja ne vaativat runsaasti energiaa, mikä minimoi akkujen käytön toiminnalliset hyödyt.
Puumainen biomassa koostuu pääasiassa ligniinistä ja selluloosasta - kahdesta yleisimmästä polymeeristä maan päällä -, jotka koostuvat pääasiassa hiilestä, jonkin verran vetyä ja happea. Nämä monimutkaiset orgaaniset polymeerit voidaan hajottaa tai järjestää uudelleen moniksi hyödyllisiksi molekyyleiksi, mukaan lukien grafiitti ja grafeeni, kestämättömien fossiilisten polttoaineiden sijaan.
Oikealla käsittelyn ja katalyyttien yhdistelmällä ligniinistä ja selluloosasta voidaan syntetisoida monia kaupallisesti arvokkaita kemikaaleja, joita on aiemmin saatu fossiilisista polttoaineista. Uusi tutkimus, joka julkaistiin Journal of the American Chemical Society -lehdessä, havaitsi, että kiinteät happokatalyytit, kuten zeoliitit ja epäorgaaniset suolat, voivat tehokkaasti syntetisoida akryylihappoa maitohaposta konversionopeudella jopa 92 %.
Maitohappo on yleinen sivutuote puista ja muista puumaisista kasveista peräisin olevan lignoselluloosabiomassan hajoamisessa. Akryylihappo ja muut akrylaatit ovat keskeisiä teollisuuskemikaaleja, joita käytetään yleisesti liimoissa, maaleissa ja kiillotusaineissa, erittäin imukykyisissä materiaaleissa ja muiden keskeisten polymeerien ja muovien raaka-aineena. Tämä uusi katalyyttinen reitti ei ole pelkästään kestävämpi kuin fossiilisista polttoaineista johdettu akryylihappo, vaan se on myös mahdollisesti kustannustehokkaampi – mikä on yksi uusien kestävien prosessien kehittämisen suurimmista haitoista.
Polttoaine on kenties lupaavin biomassan käyttökohde öljyn uusiutuvana korvaajana. Teoriassa biopolttoaineita voidaan polttaa energiaksi ja ne pysyvät hiilineutraaleina (tai jopa hiilinegatiivisina) johtuen hiilen imeytymisestä osana kasvien kasvua.
Biopolttoaineita on kolme eri luokkaa kasviaineen alkuperän mukaan. Ensimmäisen sukupolven biopolttoaineet hankitaan olemassa olevista elintarvikekasveista, kuten maissista tai soijasta, ja ne vaativat suhteellisen vähän prosessointia, jotta ne muuttuvat elinkelpoisiksi polttoainelähteiksi, kuten etanoliksi tai öljyiksi. Yksi haittapuoli on kuitenkin maapallolla käytettävissä olevan peltomaan rajallinen määrä. Jotta satoa saataisiin riittävästi sekä ruoka- että polttoainetarkoituksiin, maailmanlaajuisen viljelymaan sijoittelua on optimoitava sekä resurssien, kuten veden ja lannoitteiden, käyttöä.
Puubiomassaa pidetään toisen sukupolven biopolttoaineena, koska se tulee usein olemassa olevien prosessien, kuten paperinvalmistuksen tai puunjalostuksen, jätteistä. Koska tämä on enimmäkseen valmistettu ligniinistä ja selluloosasta, tarvitaan enemmän energiaa näiden hajottamiseksi yksinkertaisemmiksi hiilivedyiksi, joita voidaan sitten käyttää polttoaineena. Toisen sukupolven biopolttoaineita voidaan valmistaa myös maatalousjätteistä, kuten vehnän oljesta tai maissinvarresta, kun ne ovat palvelleet käyttötarkoitustaan ruokakasvina.
Kolmannen sukupolven biopolttoaineet tulevat öljyä tuottavista levistä, jotka tarvitsevat erityisiä tiloja polttoaineen raaka-aineiden tuottamiseksi. Kun öljy on hankittu levistä, valmistus polttoaineeksi on suhteellisen helppoa. Optimaalisen leväkasvun saavuttaminen on kuitenkin haastavaa ja kallista.
Oletko huolissasi kemiallisista prosesseistasi? Olemme täällä auttamassa. klo Chemwatch Meillä on joukko asiantuntijoita, jotka kattavat kaikki kemikaalien hallinnan osa-alueet kemikaalien varastoinnista riskinarviointiin, lämpökartoituksiin, verkko-oppimiseen ja moneen muuhun. Ota yhteyttä tänään saadaksesi lisätietoja!
Lähteet:
