Hoe biomassa uit bomen de wereld kan veranderen

Meer dan 30 procent van het landoppervlak van de wereld bestaat uit bossen en er zijn naar schatting meer dan 3 biljoen bomen op aarde. In hun natuurlijke staat zijn bomen en andere houtachtige planten van vitaal belang voor alle aspecten van het leven op aarde. Dit omvat de opname van koolstofdioxide, het bieden van leefgebieden voor talloze diersoorten en andere organismen, het voorkomen van bodemerosie en het filteren van vitale lucht- en waterbronnen.

Biomassa uit bomen kan echter op een aantal manieren worden gebruikt die u misschien niet had verwacht, vooral om groene en duurzame chemie te ondersteunen. Lees verder voor meer informatie.

Batterijen

De vraag naar batterijmaterialen groeit elke dag, en een oplossing hiervoor is een hernieuwbare bron van koolstof om grafiet te produceren - een essentieel onderdeel van veel lithium-ionbatterijen. 

Grafiet bestaat uit gelaagd grafeen - polymeren van pure koolstof, gerangschikt in zeshoekige platen. Door deze opstelling kunnen elektronen gemakkelijk van de ene bron naar de andere stromen, waardoor ze de perfecte elektroden zijn in de batterijen die nodig zijn voor elektrische voertuigen en andere apparaten op batterijen. Grafiet is erg sterk en stabiel en kan lange tijd worden gebruikt zonder te verslechteren. De stof komt van nature voor, maar door de vraag naar materiaalvolume en zuiverheid zijn verschillende synthetische routes meer mainstream geworden. Deze methoden halen vaak koolstof uit fossiele brandstoffen zoals methaan en vereisen een overvloed aan energie, waardoor de functionele voordelen van het gebruik van batterijen worden geminimaliseerd.

Houtachtige biomassa bestaat voornamelijk uit lignine en cellulose - de twee meest voorkomende polymeren op aarde - die voornamelijk bestaan ​​uit koolstof, met wat waterstof en zuurstof. Deze complexe organische polymeren kunnen worden afgebroken of herschikt tot vele andere bruikbare moleculen, waaronder grafiet en grafeen, in plaats van niet-duurzame fossiele brandstoffen. 

Chemie

Met de juiste combinatie van behandeling en katalysatoren kunnen lignine en cellulose worden gebruikt om veel commercieel waardevolle chemicaliën te synthetiseren, die voorheen uit fossiele brandstoffen werden gewonnen. Een nieuwe studie gepubliceerd in het Journal of the American Chemical Society ontdekte dat vaste zure katalysatoren, zoals zeolieten en anorganische zouten, acrylzuur effectief kunnen synthetiseren uit melkzuur, met een conversiepercentage van maar liefst 92%. 

Melkzuur is een veel voorkomend bijproduct van de afbraak van lignocellulose-biomassa van bomen en andere houtachtige planten. Acrylzuur en andere acrylaten zijn belangrijke industriële chemicaliën, die vaak worden gebruikt in kleefstoffen, verven en poetsmiddelen, superabsorberende materialen en als grondstof voor andere belangrijke polymeren en kunststoffen. Deze nieuwe katalytische route is niet alleen duurzamer dan van fossiele brandstoffen afgeleid acrylzuur, het is ook potentieel kosteneffectiever, wat een van de grootste nadelen is van het ontwikkelen van nieuwe duurzame processen.

Biobrandstoffen

Brandstof is misschien wel de meest veelbelovende toepassing van biomassa, als hernieuwbare vervanger van aardolie. In theorie kunnen biobrandstoffen worden verbrand voor energie en koolstofneutraal (of zelfs koolstofnegatief) blijven vanwege de koolstofopname als onderdeel van de plantengroei. 

Er zijn drie verschillende categorieën biobrandstof, afhankelijk van de herkomst van het plantaardig materiaal. Biobrandstoffen van de eerste generatie zijn afkomstig van bestaande voedselgewassen, zoals maïs of soja, en vereisen relatief weinig verwerking om een ​​levensvatbare brandstofbron te worden, zoals ethanol of olie. Een nadeel is echter de beperkte hoeveelheid bouwland die beschikbaar is op aarde. Om voldoende gewassen te leveren voor zowel voedsel- als brandstofdoeleinden, moet de lay-out van wereldwijde landbouwgrond worden geoptimaliseerd, evenals het gebruik van hulpbronnen zoals water en kunstmest. 

Houtachtige biomassa wordt beschouwd als een biobrandstof van de tweede generatie, omdat deze vaak afkomstig is van het afval van bestaande processen zoals papierproductie of houtverwerking. Omdat dit grotendeels uit lignine en cellulose bestaat, is er meer energie nodig om deze af te breken tot eenvoudigere koolwaterstoffen die vervolgens als brandstof kunnen worden gebruikt. Biobrandstoffen van de tweede generatie kunnen ook worden gemaakt van landbouwafval, zoals tarwestro of maïsstengels, als ze eenmaal hun doel als voedselgewas hebben gediend. 

De derde generatie biobrandstoffen is afkomstig van olieproducerende algen, die speciale faciliteiten nodig hebben om brandstofgrondstoffen te produceren. Zodra de olie uit de algen is verkregen, is de productie tot brandstof relatief eenvoudig. Het bereiken van een optimale algengroei is echter een uitdaging en duur. 

Chemwatch is hier om te helpen

Bezorgd over uw chemische processen? We zijn hier om te helpen. Bij Chemwatch we hebben een scala aan experts op alle gebieden van chemisch beheer, van chemische opslag tot risicobeoordeling tot heat mapping, eLearning en meer. Contacteer ons vandaag om meer te weten te komen!

Bronnen:

• https://www.nature.org/en-us/what-we-do/our-priorities/build-healthy-cities/cities-stories/benefits-of-trees-forests/ 
• https://www.bbc.com/future/article/20221215-the-batteries-made-from-wood
• https://phys.org/news/2023-01-chemical-catalyst-renewable-coatings-diapers.html
• https://passel2.unl.edu/view/lesson/b983ed434704 
• https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214785322012846