Ponad 30 procent powierzchni lądowej świata to lasy, a szacuje się, że na Ziemi jest ponad 3 biliony drzew. W stanie naturalnym drzewa i inne rośliny drzewiaste są niezbędne dla wszystkich aspektów życia na ziemi. Obejmuje to pochłanianie dwutlenku węgla, zapewnianie siedlisk niezliczonym gatunkom zwierząt i innych organizmów, zapobieganie erozji gleby oraz zapewnianie filtracji ważnych źródeł powietrza i wody.
Jednak biomasę z drzew można wykorzystać na wiele sposobów, których być może się nie spodziewałeś, zwłaszcza w celu wspierania ekologicznej i zrównoważonej chemii. Czytaj dalej, aby dowiedzieć się więcej.
Zapotrzebowanie na materiały do akumulatorów rośnie każdego dnia, a jednym z rozwiązań jest odnawialne źródło węgla do produkcji grafitu — istotnego składnika wielu akumulatorów litowo-jonowych.
Grafit składa się z warstw grafenu – polimerów czystego węgla, ułożonych w sześciokątne arkusze. Taki układ umożliwia łatwy przepływ elektronów z jednego źródła do drugiego, co czyni je idealnymi elektrodami wewnątrz akumulatorów potrzebnych do pojazdów elektrycznych i innych urządzeń zasilanych bateryjnie. Grafit jest bardzo twardy i stabilny i może być użyteczny przez długi czas bez degradacji. Substancja występuje naturalnie, ale zapotrzebowanie na objętość i czystość materiału sprawiło, że różne drogi syntezy stały się bardziej powszechne. Metody te często pozyskują węgiel z paliw kopalnych, takich jak metan, i wymagają dużej ilości energii, minimalizując w ten sposób funkcjonalne korzyści wynikające z używania baterii.
Biomasa drzewna składa się głównie z ligniny i celulozy – dwóch najbardziej rozpowszechnionych polimerów na ziemi – które składają się głównie z węgla, z pewną domieszką wodoru i tlenu. Te złożone polimery organiczne można rozkładać lub przekształcać w wiele innych użytecznych cząsteczek, w tym grafit i grafen, zamiast niezrównoważonych paliw kopalnych.
Dzięki odpowiedniej kombinacji obróbki i katalizatorów, lignina i celuloza mogą być wykorzystane do syntezy wielu cennych handlowo chemikaliów, które wcześniej uzyskiwano z paliw kopalnych. Nowe badanie opublikowane w Journal of the American Chemical Society wykazało, że stałe katalizatory kwasowe, takie jak zeolity i sole nieorganiczne, mogą skutecznie syntetyzować kwas akrylowy z kwasu mlekowego, przy współczynniku konwersji sięgającym 92%.
Kwas mlekowy jest powszechnym produktem ubocznym rozkładu biomasy lignocelulozowej z drzew i innych roślin drzewiastych. Kwas akrylowy i inne akrylany to kluczowe chemikalia przemysłowe, powszechnie stosowane w klejach, farbach i pastach, materiałach superchłonnych oraz jako surowiec do innych kluczowych polimerów i tworzyw sztucznych. Ta nowa droga katalityczna jest nie tylko bardziej zrównoważona niż kwas akrylowy pochodzący z paliw kopalnych, ale jest również potencjalnie bardziej opłacalna – co jest jedną z największych wad opracowywania nowych zrównoważonych procesów.
Paliwo jest prawdopodobnie najbardziej obiecującym zastosowaniem biomasy jako odnawialnego zamiennika ropy naftowej. Teoretycznie biopaliwa mogą być spalane w celu uzyskania energii i pozostają neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla (lub nawet ujemne pod względem emisji dwutlenku węgla) ze względu na pochłanianie węgla w ramach wzrostu roślin.
Istnieją trzy różne kategorie biopaliw, w zależności od pochodzenia materiału roślinnego. Biopaliwa pierwszej generacji są pozyskiwane z istniejących upraw spożywczych, takich jak kukurydza lub soja, i wymagają stosunkowo niewielkiej obróbki, aby stać się opłacalnym źródłem paliwa, takim jak etanol lub oleje. Wadą jest jednak ograniczona ilość gruntów ornych dostępnych na Ziemi. Aby zapewnić wystarczającą ilość plonów zarówno do celów żywnościowych, jak i paliwowych, należy zoptymalizować rozmieszczenie gruntów rolnych na świecie, a także wykorzystanie zasobów, takich jak woda i nawozy.
Biomasa drzewna jest uważana za biopaliwo drugiej generacji, ponieważ często pochodzi z odpadów istniejących procesów, takich jak produkcja papieru lub przetwarzanie drewna. Ponieważ jest to głównie lignina i celuloza, potrzeba więcej energii, aby rozbić je na prostsze węglowodory, które można następnie wykorzystać jako paliwo. Biopaliwa drugiej generacji można również wytwarzać z odpadów rolniczych, takich jak słoma pszeniczna lub łodygi kukurydzy, gdy już posłużą jako rośliny spożywcze.
Trzecia generacja biopaliw pochodzi z alg produkujących ropę, które wymagają specjalnych urządzeń do produkcji surowców paliwowych. Po uzyskaniu oleju z alg przetworzenie go na paliwo jest stosunkowo łatwe. Jednak osiągnięcie optymalnego wzrostu glonów jest trudne i kosztowne.
Martwisz się o swoje procesy chemiczne? Jesteśmy tutaj aby pomóc. Na Chemwatch mamy wielu ekspertów zajmujących się wszystkimi dziedzinami zarządzania chemikaliami, od przechowywania chemikaliów, przez ocenę ryzyka, po tworzenie map termicznych, eLearning i nie tylko. Kontakt już dziś, aby dowiedzieć się więcej!
Źródła:
