दुनिया का 30 प्रतिशत से अधिक भूमि क्षेत्र वनों से बना है, और पृथ्वी पर 3 ट्रिलियन से अधिक पेड़ होने का अनुमान है। अपनी प्राकृतिक अवस्था में, पेड़ और अन्य काष्ठीय पौधे पृथ्वी पर जीवन के सभी पहलुओं के लिए महत्वपूर्ण हैं। इसमें कार्बन डाइऑक्साइड का अवशोषण, जानवरों और अन्य जीवों की अनगिनत प्रजातियों के लिए आवास प्रदान करना, मिट्टी के कटाव को रोकना और महत्वपूर्ण वायु और जल स्रोतों का निस्पंदन प्रदान करना शामिल है।
हालाँकि, पेड़ों से बायोमास का उपयोग कई तरह से किया जा सकता है जिसकी आपने उम्मीद नहीं की होगी, विशेष रूप से हरित और टिकाऊ रसायन विज्ञान का समर्थन करने के लिए। और अधिक जानने के लिए आगे पढ़ें।
बैटरी सामग्री की मांग हर दिन बढ़ रही है, और इसके लिए एक समाधान ग्रेफाइट का उत्पादन करने के लिए कार्बन का नवीकरणीय स्रोत है - कई लिथियम-आयन बैटरी का एक महत्वपूर्ण घटक।
ग्रेफाइट स्तरित ग्राफीन से बना है - शुद्ध कार्बन के बहुलक, हेक्सागोनल शीट में व्यवस्थित। यह व्यवस्था इलेक्ट्रॉनों को एक स्रोत से दूसरे स्रोत में आसानी से प्रवाहित करने की अनुमति देती है, जिससे वे इलेक्ट्रिक वाहनों और बैटरी से चलने वाले अन्य उपकरणों के लिए आवश्यक बैटरी के अंदर सही इलेक्ट्रोड बन जाते हैं। ग्रेफाइट बहुत सख्त और स्थिर होता है, और बिना खराब हुए लंबे समय तक उपयोगी हो सकता है। पदार्थ स्वाभाविक रूप से होता है, लेकिन भौतिक मात्रा और शुद्धता की मांग ने देखा है कि विभिन्न सिंथेटिक मार्ग अधिक मुख्यधारा बन गए हैं। ये विधियाँ अक्सर मीथेन जैसे जीवाश्म ईंधन से कार्बन प्राप्त करती हैं, और ऊर्जा की प्रचुरता की आवश्यकता होती है, इस प्रकार बैटरी का उपयोग करने के कार्यात्मक लाभों को कम से कम करती है।
वुडी बायोमास मुख्य रूप से लिग्निन और सेल्युलोज से बना होता है - पृथ्वी पर दो सबसे प्रचुर मात्रा में पॉलिमर - जो मुख्य रूप से कार्बन से बने होते हैं, कुछ हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के साथ। इन जटिल कार्बनिक पॉलिमर को अस्थिर जीवाश्म ईंधन के बदले में ग्रेफाइट और ग्राफीन सहित कई अन्य उपयोगी अणुओं में तोड़ा या पुनर्व्यवस्थित किया जा सकता है।
उपचार और उत्प्रेरकों के सही संयोजन के साथ, लिग्निन और सेल्युलोज का उपयोग कई व्यावसायिक रूप से मूल्यवान रसायनों को संश्लेषित करने के लिए किया जा सकता है, जो पहले जीवाश्म ईंधन से प्राप्त किए गए थे। अमेरिकन केमिकल सोसाइटी के जर्नल में प्रकाशित एक नए अध्ययन में पाया गया कि ठोस एसिड उत्प्रेरक, जैसे कि जिओलाइट्स और अकार्बनिक लवण, प्रभावी रूप से लैक्टिक एसिड से ऐक्रेलिक एसिड को संश्लेषित कर सकते हैं, जिसकी रूपांतरण दर 92% तक है।
लैक्टिक एसिड पेड़ों और अन्य लकड़ी के पौधों से लिग्नोसेल्यूलोसिक बायोमास के टूटने से एक सामान्य उप-उत्पाद है। ऐक्रेलिक एसिड और अन्य एक्रिलेट्स प्रमुख औद्योगिक रसायन हैं, जिनका उपयोग आमतौर पर चिपकने वाले, पेंट और पॉलिश, सुपरएब्ज़ॉर्बेंट सामग्री और अन्य प्रमुख पॉलिमर और प्लास्टिक के लिए फीडस्टॉक के रूप में किया जाता है। यह नया उत्प्रेरक मार्ग न केवल जीवाश्म ईंधन से प्राप्त ऐक्रेलिक एसिड की तुलना में अधिक टिकाऊ है, बल्कि यह संभावित रूप से अधिक लागत प्रभावी भी है - जो नई टिकाऊ प्रक्रियाओं को विकसित करने की सबसे बड़ी कमियों में से एक है।
पेट्रोलियम के नवीकरणीय प्रतिस्थापन के रूप में ईंधन शायद बायोमास का सबसे आशाजनक उपयोग है। सिद्धांत रूप में, जैव ईंधन को ऊर्जा के लिए जलाया जा सकता है और पौधे के विकास के हिस्से के रूप में कार्बन अवशोषण के कारण कार्बन तटस्थ (या कार्बन नकारात्मक भी) रह सकता है।
पौधे के पदार्थ की उत्पत्ति के आधार पर जैव ईंधन की तीन अलग-अलग श्रेणियां हैं। पहली पीढ़ी के जैव ईंधन मौजूदा खाद्य फसलों, जैसे मकई या सोया से प्राप्त होते हैं, और इथेनॉल या तेल जैसे व्यवहार्य ईंधन स्रोत में बदलने के लिए अपेक्षाकृत कम प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है। हालाँकि, एक दोष पृथ्वी पर उपलब्ध कृषि योग्य भूमि की सीमित मात्रा है। भोजन और ईंधन दोनों उद्देश्यों के लिए पर्याप्त फसलें प्रदान करने के लिए, वैश्विक कृषि भूमि के लेआउट को अनुकूलित करने की आवश्यकता है, साथ ही पानी और उर्वरक जैसे संसाधनों का उपयोग भी।
वुडी बायोमास को दूसरी पीढ़ी का जैव ईंधन माना जाता है, क्योंकि यह अक्सर कागज निर्माण या लकड़ी प्रसंस्करण जैसी मौजूदा प्रक्रियाओं के कचरे से आता है। क्योंकि यह ज्यादातर लिग्निन और सेल्युलोज से बना होता है, इन्हें सरल हाइड्रोकार्बन में तोड़ने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है जिसका उपयोग ईंधन के लिए किया जा सकता है। दूसरी पीढ़ी के जैव ईंधन को कृषि अपशिष्ट से भी बनाया जा सकता है, जैसे गेहूं के भूसे या मकई के डंठल, एक बार जब वे खाद्य फसलों के रूप में अपना उद्देश्य पूरा कर लेते हैं।
जैव ईंधन की तीसरी पीढ़ी तेल उत्पादक शैवाल से आती है, जिसके लिए ईंधन फीडस्टॉक्स का उत्पादन करने के लिए समर्पित सुविधाओं की आवश्यकता होती है। एक बार जब तेल शैवाल से प्राप्त हो जाता है, तो ईंधन में निर्माण करना अपेक्षाकृत आसान होता है। हालांकि, इष्टतम शैवाल विकास को प्राप्त करना चुनौतीपूर्ण और महंगा है।
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