Mer än 30 procent av världens landyta består av skogar, och det beräknas finnas över 3 biljoner träd på jorden. I sitt naturliga tillstånd är träd och andra vedartade växter avgörande för alla aspekter av livet på jorden. Detta inkluderar absorption av koldioxid, tillhandahåller livsmiljöer för otaliga arter av djur och andra organismer, förhindrar jorderosion och tillhandahåller filtrering av livsviktiga luft- och vattenkällor.
Biomassa från träd kan dock användas på ett antal sätt som du kanske inte hade förväntat dig, särskilt för att stödja grön och hållbar kemi. Läs vidare för att ta reda på mer.
Efterfrågan på batterimaterial växer för varje dag, och en lösning för detta är en förnybar källa till kol för att producera grafit – en viktig komponent i många litiumjonbatterier.
Grafit består av skiktad grafen - polymerer av rent kol, arrangerade i hexagonala ark. Detta arrangemang gör att elektroner kan flöda lätt från en källa till en annan, vilket gör dem till de perfekta elektroderna inuti batterierna som behövs för elfordon och andra batteridrivna enheter. Grafit är mycket segt och stabilt och kan vara användbart under långa perioder utan att försämras. Ämnet förekommer naturligt, men kravet på materialvolym och renhet har sett att olika syntetiska vägar blivit mer mainstream. Dessa metoder hämtar ofta kol från fossila bränslen som metan och kräver ett överflöd av energi, vilket minimerar de funktionella fördelarna med att överhuvudtaget använda batterier.
Vedartad biomassa består främst av lignin och cellulosa - de två vanligaste polymererna på jorden - som huvudsakligen består av kol, med lite väte och syre. Dessa komplexa organiska polymerer kan brytas ner eller omarrangeras till många andra användbara molekyler, inklusive grafit och grafen, i stället för ohållbara fossila bränslen.
Med rätt kombination av behandling och katalysatorer kan lignin och cellulosa användas för att syntetisera många kommersiellt värdefulla kemikalier, som tidigare härrört från fossila bränslen. En ny studie publicerad i Journal of the American Chemical Society fann att fasta sura katalysatorer, såsom zeoliter och oorganiska salter, effektivt kan syntetisera akrylsyra från mjölksyra, med en omvandlingshastighet så hög som 92%.
Mjölksyra är en vanlig biprodukt från nedbrytningen av lignocellulosabiomassa från träd och andra vedväxter. Akrylsyra och andra akrylater är viktiga industriella kemikalier, som vanligtvis används i lim, färger och polermedel, superabsorberande material och som råvara för andra nyckelpolymerer och plaster. Denna nya katalytiska väg är inte bara mer hållbar än akrylsyra som härrör från fossila bränslen, den är också potentiellt mer kostnadseffektiv – vilket är en av de största nackdelarna med att utveckla nya hållbara processer.
Bränsle är kanske den mest lovande användningen av biomassa, som en förnybar ersättning för petroleum. I teorin kan biobränslen förbrännas för energi och förbli koldioxidneutrala (eller till och med kolnegativa) på grund av kolabsorptionen som en del av växttillväxten.
Det finns tre olika kategorier av biobränsle, beroende på växtmaterialets ursprung. Första generationens biobränslen kommer från befintliga livsmedelsgrödor, såsom majs eller soja, och kräver relativt lite bearbetning för att bli en livskraftig bränslekälla såsom etanol eller oljor. En nackdel är dock den begränsade mängden odlingsbar mark som finns tillgänglig på jorden. För att ge tillräckligt med grödor för både mat- och bränsleändamål måste utformningen av global jordbruksmark optimeras, liksom användningen av resurser som vatten och gödningsmedel.
Vedartad biomassa anses vara en andra generationens biobränsle, eftersom den ofta kommer från avfallet från befintliga processer som papperstillverkning eller timmerbearbetning. Eftersom denna till största delen är gjord av lignin och cellulosa krävs mer energi för att bryta ner dessa till enklare kolväten som sedan kan användas till bränsle. Andra generationens biobränslen kan också tillverkas av jordbruksavfall, som vetehalm eller majsstjälkar, när de väl har tjänat sitt syfte som livsmedelsgrödor.
Den tredje generationen biobränslen kommer från oljeproducerande alger, som kräver särskilda anläggningar för att producera bränsleråvaror. När oljan väl har hämtats från algerna är tillverkningen till bränsle relativt lätt. Men att uppnå optimal algtillväxt är utmanande och dyrt.
Är du orolig över dina kemiska processer? Vi är här för att hjälpa. På Chemwatch vi har en rad experter som spänner över alla kemikaliehanteringsområden, från kemikalielagring till riskbedömning till värmekartläggning, eLearning och mer. Kontakta oss idag för att ta reda på mer!
Källor:
