Более 30 процентов площади суши в мире составляют леса, и, по оценкам, на Земле насчитывается более 3 триллионов деревьев. В своем естественном состоянии деревья и другие древесные растения жизненно важны для всех аспектов жизни на земле. Это включает в себя поглощение углекислого газа, создание среды обитания для бесчисленных видов животных и других организмов, предотвращение эрозии почвы и обеспечение фильтрации жизненно важных источников воздуха и воды.
Однако биомассу деревьев можно использовать множеством способов, о которых вы, возможно, не ожидали, особенно для поддержки зеленой и устойчивой химии. Читай дальше, чтобы узнать больше.
Спрос на материалы для аккумуляторов растет с каждым днем, и одним из решений для этого является возобновляемый источник углерода для производства графита — жизненно важного компонента многих литий-ионных аккумуляторов.
Графит состоит из слоистого графена — полимеров чистого углерода, расположенных в виде шестиугольных листов. Такое расположение позволяет электронам легко течь от одного источника к другому, что делает их идеальными электродами внутри батарей, необходимых для электромобилей и других устройств с батарейным питанием. Графит очень прочен и стабилен, и может использоваться в течение длительного периода времени без ухудшения свойств. Вещество встречается в природе, но спрос на объем и чистоту материала привел к тому, что различные способы синтеза стали более популярными. Эти методы часто получают углерод из ископаемого топлива, такого как метан, и требуют большого количества энергии, что сводит к минимуму функциональные преимущества использования батарей вообще.
Древесная биомасса в основном состоит из лигнина и целлюлозы — двух самых распространенных полимеров на Земле, — которые в основном состоят из углерода с небольшим количеством водорода и кислорода. Эти сложные органические полимеры могут быть расщеплены или преобразованы во многие другие полезные молекулы, включая графит и графен, вместо неустойчивого ископаемого топлива.
При правильном сочетании обработки и катализаторов лигнин и целлюлоза могут быть использованы для синтеза многих коммерчески ценных химических веществ, которые ранее получали из ископаемого топлива. Новое исследование, опубликованное в Журнале Американского химического общества, показало, что твердые кислотные катализаторы, такие как цеолиты и неорганические соли, могут эффективно синтезировать акриловую кислоту из молочной кислоты с конверсией до 92%.
Молочная кислота является распространенным побочным продуктом распада лигноцеллюлозной биомассы деревьев и других древесных растений. Акриловая кислота и другие акрилаты являются ключевыми промышленными химическими веществами, обычно используемыми в клеях, красках и полиролях, сверхабсорбирующих материалах, а также в качестве сырья для других основных полимеров и пластиков. Этот новый каталитический путь не только более устойчив, чем акриловая кислота, полученная из ископаемого топлива, но и потенциально более эффективен с точки зрения затрат, что является одним из самых больших недостатков разработки новых устойчивых процессов.
Топливо, пожалуй, наиболее многообещающее использование биомассы в качестве возобновляемой замены нефти. Теоретически биотопливо можно сжигать для получения энергии и оставаться углеродно-нейтральным (или даже углеродно-отрицательным) из-за поглощения углерода в процессе роста растений.
Существует три различных категории биотоплива, в зависимости от происхождения растительного материала. Биотопливо первого поколения получают из существующих пищевых культур, таких как кукуруза или соя, и требуют относительно небольшой обработки, чтобы превратиться в жизнеспособный источник топлива, такой как этанол или масла. Однако одним недостатком является ограниченное количество пахотных земель на Земле. Чтобы обеспечить достаточное количество урожая как для продовольствия, так и для топлива, необходимо оптимизировать планировку сельскохозяйственных угодий по всему миру, а также использование таких ресурсов, как вода и удобрения.
Древесная биомасса считается биотопливом второго поколения, поскольку ее часто получают из отходов существующих процессов, таких как производство бумаги или обработка древесины. Поскольку он в основном состоит из лигнина и целлюлозы, требуется больше энергии для их расщепления на более простые углеводороды, которые затем можно использовать в качестве топлива. Биотопливо второго поколения также можно производить из сельскохозяйственных отходов, таких как пшеничная солома или стебли кукурузы, после того как они послужили своей цели в качестве продовольственных культур.
Биотопливо третьего поколения получают из водорослей, производящих нефть, для которых требуются специальные установки для производства топливного сырья. Как только масло получено из водорослей, производство топлива становится относительно простым. Однако достижение оптимального роста водорослей является сложной и дорогостоящей задачей.
Беспокоитесь о ваших химических процессах? Мы здесь, чтобы помочь. В Chemwatch у нас есть ряд экспертов, охватывающих все области управления химическими веществами, от хранения химических веществ до оценки рисков, теплового картирования, электронного обучения и многого другого. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше!
Источники:
