Попытки научиться перерабатывать
целлюлозу в топливо ученые предпринимают уже давно, однако до сих пор
не удавалось сделать этот процесс достаточно эффективным. В одних
случаях переработка целлюлозы, содержащейся в древесных опилках или
отходах производства растительной пищи, требует дорогостоящих реактивов
и катализаторов, в других случаях протекает слишком медленно или выход
топлива получается ничтожно малым. Решение
этой проблемы удалось найти группе исследователей из университета
Висконсин-Мэдиссон в США под руководством Джеймса Дюмесика. Ранее
по их методу целлюлозу превращали сначала в другие, более простые
молекулы, в частности, гексаметилфурфурол, который затем конвертировали
в алкены — молекулы автомобильного и авиационного топлива. Недостатком
этого метода является потребность в использовании для переработки
дополнительных химических компонентов (кетонов), которые сильно
увеличивают стоимость конечного продукта. Кроме того, на стадии
выработки гексаметилфурфурола из целлюлозы образуется большое
количество побочных продуктов — карбоновых кислот, непригодных для
производства топлива. В своей новой статье группа ученых описала дешевый и простой метод переработки этих кислот в высокоэнергетическое топливо. На
первой стадии под воздействием дешевых и широко доступных катализаторов
кислоты преобразуются в другое соединение: гамма-валеролактон. Эта
циклическая молекула содержит два атома кислорода в своей структуре. В
ходе первого этапа переработки у гамма-валеролактона (под воздействием
простого твердотельного кислотного катализатора) разрывают кольцевую
молекулу и удаляют из нее два атома кислорода, получая молекулу
бутена — легкого линейного углеводорода, который на второй стадии под
большим давлением преобразуется в тяжелые жидкие алкены, являющиеся
основным компонентом автомобильного и авиационного топлива. Такое
биотопливо обладает гораздо большей энергетической емкостью по
сравнению с биоэтанолом, который необходимо смешивать с обычными
углеводородами для применения в автотранспорте, и который вовсе
неприменим в авиации. Кроме
того, получающийся в ходе переработки гамма-валеролактона углекислый
газ представляет собой чистый поток СО2, который легко уловить и
направить на хранение или переработать в полимеры. Выделяющийся
же углекислый газ при сжигании этого топлива в двигателях будет в
дальнейшем поглощаться растениями. Таким образом, согласно расчетам
ученых, в ходе переработки растительной биомассы в топливо по методу
Дюмесика количество углекислого газа в атмосфере будет уменьшаться, а
само производство не потребует выделения специальных сельхозугодий под
выращивание биомассы для дальнейшей переработки. Основной
задачей химиков в настоящее время является разработка максимально
дешевого метода производства гамма-валеролактона из биомассы, над чем
группа Дюмесика в настоящее время и работает.
Оценить статью: 0 0 |
