พื้นที่มากกว่า 30 เปอร์เซ็นต์ของโลกประกอบด้วยป่าไม้ และคาดว่ามีต้นไม้มากกว่า 3 ล้านล้านต้นบนโลก ในสภาพธรรมชาติ ต้นไม้และไม้ยืนต้นอื่นๆ มีความสำคัญต่อทุกด้านของชีวิตบนโลก ซึ่งรวมถึงการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ จัดหาที่อยู่อาศัยของสัตว์และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ นับไม่ถ้วน ป้องกันการพังทลายของดิน และให้การกรองอากาศและแหล่งน้ำที่สำคัญ
อย่างไรก็ตาม ชีวมวลจากต้นไม้สามารถนำไปใช้ได้หลายวิธีโดยที่คุณคาดไม่ถึง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเพื่อสนับสนุนเคมีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและยั่งยืน อ่านต่อเพื่อหาข้อมูลเพิ่มเติม
ความต้องการวัสดุแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นทุกวัน และทางออกหนึ่งสำหรับสิ่งนี้คือแหล่งคาร์บอนที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้เพื่อผลิตกราไฟต์ ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจำนวนมาก
กราไฟต์ประกอบด้วยกราฟีนหลายชั้น—โพลิเมอร์ของคาร์บอนบริสุทธิ์ จัดเรียงเป็นแผ่นหกเหลี่ยม การจัดเรียงนี้ช่วยให้อิเล็กตรอนไหลจากแหล่งหนึ่งไปยังอีกแหล่งหนึ่งได้อย่างง่ายดาย ทำให้เป็นอิเล็กโทรดที่สมบูรณ์แบบภายในแบตเตอรี่ที่จำเป็นสำหรับยานยนต์ไฟฟ้าและอุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่อื่นๆ กราไฟต์มีความเหนียวและเสถียรมาก และสามารถใช้ประโยชน์ได้เป็นเวลานานโดยไม่เสื่อมสภาพ สารนี้เกิดขึ้นตามธรรมชาติ แต่ความต้องการปริมาณและความบริสุทธิ์ของวัสดุทำให้เห็นว่าเส้นทางสังเคราะห์ต่างๆ กลายเป็นกระแสหลักมากขึ้น วิธีการเหล่านี้มักจัดหาคาร์บอนจากเชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น มีเธน และต้องใช้พลังงานในปริมาณมาก จึงลดประโยชน์ในการใช้งานของแบตเตอรี่ให้เหลือน้อยที่สุด
มวลชีวภาพของไม้ส่วนใหญ่ประกอบด้วยลิกนินและเซลลูโลส ซึ่งเป็นโพลิเมอร์ที่มีมากที่สุดในโลก XNUMX ชนิด ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยคาร์บอน โดยมีไฮโดรเจนและออกซิเจนบางส่วน โพลิเมอร์อินทรีย์ที่ซับซ้อนเหล่านี้สามารถแตกตัวหรือจัดเรียงใหม่เป็นโมเลกุลที่มีประโยชน์อื่นๆ ได้มากมาย รวมทั้งกราไฟต์และกราฟีน แทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิลที่ไม่ยั่งยืน
ด้วยการผสมผสานที่เหมาะสมของการบำบัดและตัวเร่งปฏิกิริยา ลิกนินและเซลลูโลสสามารถใช้ในการสังเคราะห์สารเคมีที่มีคุณค่าทางการค้ามากมาย ซึ่งก่อนหน้านี้ได้มาจากเชื้อเพลิงฟอสซิล การศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสาร American Chemical Society พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรด เช่น ซีโอไลต์และเกลืออนินทรีย์ สามารถสังเคราะห์กรดอะคริลิกจากกรดแลคติกได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยมีอัตราการแปลงสูงถึง 92%
กรดแลคติกเป็นผลพลอยได้ทั่วไปจากการสลายมวลชีวภาพประเภทลิกโนเซลลูโลสจากต้นไม้และไม้ยืนต้นอื่นๆ กรดอะคริลิกและอะคริเลตอื่นๆ เป็นสารเคมีอุตสาหกรรมที่สำคัญ ซึ่งใช้กันทั่วไปในกาว สีและสารขัดเงา วัสดุดูดซับยิ่งยวด และเป็นวัตถุดิบตั้งต้นสำหรับโพลิเมอร์และพลาสติกที่สำคัญอื่นๆ เส้นทางการเร่งปฏิกิริยาใหม่นี้ไม่เพียงแต่มีความยั่งยืนมากกว่ากรดอะคริลิกที่ได้จากเชื้อเพลิงฟอสซิลเท่านั้น แต่ยังมีศักยภาพด้านต้นทุนที่คุ้มค่ากว่า ซึ่งเป็นหนึ่งในข้อเสียเปรียบที่ใหญ่ที่สุดของการพัฒนากระบวนการใหม่ที่ยั่งยืน
เชื้อเพลิงอาจเป็นการใช้ชีวมวลที่มีแนวโน้มมากที่สุด เพื่อทดแทนน้ำมันปิโตรเลียม ในทางทฤษฎี เชื้อเพลิงชีวภาพสามารถเผาผลาญเป็นพลังงานและยังคงคาร์บอนเป็นกลาง (หรือแม้แต่คาร์บอนเป็นลบ) เนื่องจากการดูดซับคาร์บอนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการเจริญเติบโตของพืช
เชื้อเพลิงชีวภาพมีสามประเภทที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับต้นกำเนิดของพืช เชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นแรกมาจากพืชอาหารที่มีอยู่ เช่น ข้าวโพดหรือถั่วเหลือง และต้องการกระบวนการเพียงเล็กน้อยในการเปลี่ยนเป็นแหล่งเชื้อเพลิงที่ใช้งานได้ เช่น เอทานอลหรือน้ำมัน อย่างไรก็ตาม ข้อเสียประการหนึ่งคือพื้นที่เพาะปลูกที่มีอยู่อย่างจำกัดบนโลก เพื่อให้พืชผลเพียงพอสำหรับทั้งอาหารและเชื้อเพลิง เค้าโครงของพื้นที่เพาะปลูกทั่วโลกจำเป็นต้องได้รับการปรับให้เหมาะสม เช่นเดียวกับการใช้ทรัพยากร เช่น น้ำและปุ๋ย
ชีวมวลจากไม้ถือเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่สอง เนื่องจากมักมาจากของเสียจากกระบวนการที่มีอยู่ เช่น การผลิตกระดาษหรือการแปรรูปไม้ เนื่องจากส่วนใหญ่ทำจากลิกนินและเซลลูโลส จึงจำเป็นต้องใช้พลังงานมากขึ้นในการสลายสิ่งเหล่านี้ให้เป็นไฮโดรคาร์บอนที่ง่ายขึ้น ซึ่งสามารถนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ เชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่สองยังสามารถทำจากของเหลือทิ้งทางการเกษตร เช่น ฟางข้าวสาลีหรือต้นข้าวโพด เมื่อพวกมันทำหน้าที่เป็นพืชอาหารแล้ว
เชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่สามมาจากสาหร่ายที่ผลิตน้ำมัน ซึ่งต้องการสิ่งอำนวยความสะดวกเฉพาะเพื่อผลิตวัตถุดิบเชื้อเพลิง เมื่อได้น้ำมันจากสาหร่ายแล้ว การผลิตเป็นเชื้อเพลิงก็ค่อนข้างง่าย อย่างไรก็ตาม การเจริญเติบโตของสาหร่ายที่เหมาะสมนั้นเป็นสิ่งที่ท้าทายและมีค่าใช้จ่ายสูง
กังวลเกี่ยวกับกระบวนการทางเคมีของคุณหรือไม่? เราอยู่ที่นี่เพื่อช่วย ที่ Chemwatch เรามีผู้เชี่ยวชาญหลากหลายสาขาที่ครอบคลุมทุกด้านการจัดการสารเคมี ตั้งแต่การจัดเก็บสารเคมี การประเมินความเสี่ยง ไปจนถึงการทำแผนที่ความร้อน อีเลิร์นนิง และอื่นๆ สอบถามเพิ่มเติม วันนี้เพื่อหาข้อมูลเพิ่มเติม!
แหล่งที่มา:
