Più del 30 percento della superficie terrestre del mondo è costituito da foreste e si stima che sulla Terra ci siano più di 3 trilioni di alberi. Nel loro stato naturale, gli alberi e le altre piante legnose sono vitali per tutti gli aspetti della vita sulla terra. Ciò include l'assorbimento di anidride carbonica, fornendo habitat per innumerevoli specie di animali e altri organismi, prevenendo l'erosione del suolo e fornendo la filtrazione di fonti vitali di aria e acqua.
Tuttavia, la biomassa degli alberi può essere utilizzata in una serie di modi che potresti non aspettarti, in particolare per supportare la chimica verde e sostenibile. Continua a leggere per saperne di più.
La domanda di materiali per batterie cresce ogni giorno e una soluzione per questo è una fonte rinnovabile di carbonio per produrre grafite, un componente vitale di molte batterie agli ioni di litio.
La grafite è costituita da strati di grafene, polimeri di carbonio puro, disposti in fogli esagonali. Questa disposizione consente agli elettroni di fluire facilmente da una fonte all'altra, rendendoli gli elettrodi perfetti all'interno delle batterie necessarie per i veicoli elettrici e altri dispositivi alimentati a batteria. La grafite è molto dura e stabile e può essere utile per lunghi periodi di tempo senza degradarsi. La sostanza si trova in natura, ma la richiesta di volume e purezza del materiale ha visto diversi percorsi sintetici diventare più diffusi. Questi metodi spesso ricavano carbonio da combustibili fossili come il metano e richiedono un'abbondanza di energia, riducendo così al minimo i vantaggi funzionali dell'utilizzo delle batterie.
La biomassa legnosa è costituita principalmente da lignina e cellulosa, i due polimeri più abbondanti sulla terra, composti principalmente da carbonio, con un po' di idrogeno e ossigeno. Questi polimeri organici complessi possono essere scomposti o riorganizzati in molte altre molecole utili, tra cui grafite e grafene, al posto di combustibili fossili insostenibili.
Con la giusta combinazione di trattamento e catalizzatori, la lignina e la cellulosa possono essere utilizzate per sintetizzare molte sostanze chimiche di valore commerciale, che in precedenza derivavano da combustibili fossili. Un nuovo studio pubblicato sul Journal of the American Chemical Society ha rilevato che i catalizzatori di acidi solidi, come zeoliti e sali inorganici, possono sintetizzare efficacemente l'acido acrilico dall'acido lattico, con un tasso di conversione fino al 92%.
L'acido lattico è un comune sottoprodotto della scomposizione della biomassa lignocellulosica da alberi e altre piante legnose. L'acido acrilico e altri acrilati sono sostanze chimiche industriali chiave, comunemente utilizzate in adesivi, vernici e lucidanti, materiali superassorbenti e come materia prima per altri polimeri e materie plastiche chiave. Non solo questo nuovo percorso catalitico è più sostenibile dell'acido acrilico derivato da combustibili fossili, ma è anche potenzialmente più conveniente, il che è uno dei maggiori svantaggi dello sviluppo di nuovi processi sostenibili.
Il carburante è forse l'uso più promettente della biomassa, come sostituto rinnovabile del petrolio. In teoria, i biocarburanti possono essere bruciati per produrre energia e rimanere carbon neutral (o addirittura carbon negative) a causa dell'assorbimento di carbonio come parte della crescita delle piante.
Esistono tre diverse categorie di biocarburanti, a seconda dell'origine della materia vegetale. I biocarburanti di prima generazione provengono da colture alimentari esistenti, come il mais o la soia, e richiedono una lavorazione relativamente ridotta per trasformarsi in una fonte di combustibile praticabile come l'etanolo o gli oli. Uno svantaggio, tuttavia, è la quantità limitata di terra arabile disponibile sulla Terra. Per fornire raccolti sufficienti sia per scopi alimentari che di combustibile, la disposizione dei terreni agricoli globali deve essere ottimizzata, così come l'uso di risorse come acqua e fertilizzanti.
La biomassa legnosa è considerata un biocarburante di seconda generazione, in quanto spesso deriva dagli scarti di processi esistenti come la fabbricazione della carta o la lavorazione del legname. Poiché questo è composto principalmente da lignina e cellulosa, è necessaria più energia per scomporli in idrocarburi più semplici che possono quindi essere utilizzati come combustibile. I biocarburanti di seconda generazione possono anche essere ricavati da rifiuti agricoli, come paglia di grano o stocchi di mais, una volta che hanno svolto la loro funzione di colture alimentari.
La terza generazione di biocarburanti proviene da alghe produttrici di petrolio, che richiedono strutture dedicate per produrre materie prime per carburanti. Una volta che l'olio viene acquisito dalle alghe, la trasformazione in combustibile è relativamente facile. Tuttavia, ottenere una crescita ottimale delle alghe è impegnativo e costoso.
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