Thay thế dầu bằng gỗ để sản xuất hóa chất

Anonim

Hai dự án nghiên cứu của Chương trình Nghiên cứu Quốc gia "Tài nguyên Gỗ" đã phát triển các quy trình mới để thay thế xăng dầu bằng gỗ để sản xuất các hóa chất quan trọng. Những tiền chất này được sử dụng trong sản xuất dược phẩm, nhựa hoặc phân bón.

Dầu mỏ có nghĩa là nhiên liệu, nhưng không chỉ: hóa dầu là một thành phần cốt lõi của ngành hóa chất. Nếu không có dầu, sẽ không có nhựa và ít dược phẩm hoặc phân bón. Việc tìm kiếm một nguồn tài nguyên tái tạo thay thế cho dầu sẽ là rất quan trọng để đối mặt với sự suy giảm có thể thấy trước trong khai thác dầu.

Hai dự án nghiên cứu của Chương trình nghiên cứu quốc gia "Tài nguyên gỗ" (NRP 66) đã có những tiến bộ đáng kể trong việc thay thế dầu bằng sinh khối có nguồn gốc từ thực vật, đặc biệt là từ gỗ. Mục tiêu của họ là bổ sung, vì mỗi người sử dụng một trong hai thành phần chính của gỗ: cellulose và lignin. Đây là hai thành phần hữu cơ phổ biến nhất trên Trái đất và quan trọng là có thể tái tạo.

Sviatlana Siankevich của EPFL đã thiết kế các quy trình xúc tác mới để biến đổi hiệu quả cellulose thành hydroxymethylfurfural (HMF), một tiền chất rất quan trọng cho sản xuất nhựa, phân bón hoặc nhiên liệu sinh học. Lấy cảm hứng từ hành động của nấm phân hủy gỗ mục nát, nhóm nghiên cứu của Philippe Corvini tại FHNW ở Muttenz (BL) đã chọn các enzym có khả năng cắt lignin thành hợp chất thơm hữu ích để tạo ra dung môi, thuốc trừ sâu, nhựa như polystyrenes cũng như các thành phần dược phẩm hoạt tính.

Hóa chất thay vì giấy

Cellulose là một chuỗi dài các phân tử carbohydrate (đường) và chiếm khoảng hai phần ba trọng lượng của gỗ. Sviatlana Siankevich thuộc Viện Khoa học và Kỹ thuật Hóa học của EPFL cho biết: “Nó chủ yếu được sử dụng để sản xuất giấy và các chất cặn có thể được cân bằng tốt hơn bằng cách chuyển hóa thành các hóa chất hữu ích. Với các đồng nghiệp từ Đại học Queen ở Canada và Đại học Quốc gia Singapore, nhóm EPFL do nhà hóa học Paul Dyson dẫn đầu đã tổng hợp một số loại chất lỏng ion (muối nóng chảy) để chuyển đổi cellulose thành HMF, một phân tử quan trọng để sản xuất hóa chất hàng hóa. Trong một bước duy nhất, phản ứng của họ đạt 62% sản lượng, một kỷ lục mới.

Siankevich cho biết: “Quy trình của chúng tôi hoạt động ở điều kiện nhẹ, có nhiệt độ hoặc áp suất rất cao hoặc các axit mạnh”. "Chúng tôi cũng có thể giảm lượng sản phẩm phụ không mong muốn, một điểm quan trọng nếu phản ứng được mở rộng quy mô công nghiệp. Quá trình của chúng tôi có thể làm việc với gỗ, nhưng thường dễ dàng hơn khi sử dụng cellulose chiết xuất từ ​​cây thân thảo. "

Hóa học xanh hơn

Tại Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) ở Muttenz, Philippe Corvini và sinh viên tiến sĩ Christoph Gasser đang phát triển các phương pháp để sử dụng lignin, một phân tử dài mang lại độ cứng cho cây và chiếm khoảng 15% -40% hàm lượng gỗ. "Cho đến nay, lignin không phải là rất nhiều valorised, nhưng thường chỉ đơn giản là đốt cháy", Corvini nói. "Nhưng nó có thể được cắt thành cấu trúc thơm, phân tử dựa trên hình lục giác cacbon nổi tiếng khắp nơi trong hóa học hữu cơ. Các thành phần này đại diện cho khối lượng lớn cho ngành công nghiệp hóa chất, và cho đến nay hầu như chỉ thu được từ dầu mỏ.. "

Một số loại nấm tiết ra một sự kết hợp của các enzym để làm suy yếu lignin và cắt nó thành những miếng nhỏ hơn. Nhóm nghiên cứu của Corvini tại FHNW đã sàng lọc sự kết hợp của hàng tá enzym như vậy để chọn hiệu quả nhất. Bằng cách thêm một bước xúc tác nữa, họ quản lý để biến đổi 40% lignin thành các phân tử rất nhỏ như vanillin. Quá trình này là quan tâm đến ngành công nghiệp hóa chất, và sự hợp tác với một nhà sản xuất lignin đã được tiến hành. "Hầu hết các lignin ngày nay thu được từ lúa mì hoặc rơm rạ, " Corvini nói. "Nhưng gỗ mềm như vân sam có thể chứng minh hữu ích vì lignin của nó dễ bị phá vỡ."

Nhóm FHNW cũng đã phát triển một cách để tái sử dụng các enzym. "Chúng tôi đã gắn chúng vào các hạt nano sắt phủ silica, giải thích nhà nghiên cứu. Sau phản ứng, chúng tôi chỉ đơn giản tiếp cận với một nam châm để thu hút các hạt và thu hồi các enzym." Vì chúng có thể được tái sử dụng lên đến mười lần, năng lượng và nguồn lực cần thiết để sản xuất chúng được giảm đáng kể và phù hợp với khái niệm "hóa học xanh".

Tất cả gỗ

Để có khả năng kinh tế, gỗ thay thế cho hóa dầu phải được sử dụng ở mức độ lớn nhất có thể. Sviatlana Siankevich cho biết: “Chỉ chiết xuất một thành phần từ gỗ với số lượng nhỏ là không đủ. "Chúng tôi cần tìm các quy trình bổ sung để sử dụng tất cả." Nhưng nhiều khía cạnh phải được xem xét để đánh giá liệu gỗ có thể phục vụ như là một thay thế khả thi kinh tế cho dầu. Một dự án thứ ba của NRP 66 gần đây đã tiến hành đánh giá tính bền vững của việc sản xuất axit succinic, một hóa chất quan trọng khác, từ dư lượng gỗ. Nghiên cứu từ ETH Zurich và EPFL cho thấy rằng thiết kế quy trình thông minh có thể dẫn đến tiết kiệm năng lượng và lợi ích môi trường, các yếu tố quan trọng cho các nhà máy sinh học cạnh tranh.

menu
menu