Лигнин представляет собой громоздкую цепочку молекул, содержащихся в древесине, и обычно выбрасывается при производстве биотоплива. Но в новом методе химиков EPFL простое добавление формальдегида может превратить его в основной фокус.
Сокращение нашей зависимости от ископаемого топлива означает обращение к биотопливу и химикатам растительного происхождения. Но экономически эффективное их производство из растений и других органических веществ, которые в совокупности называются биомассой, является серьезной инженерной задачей. Большая часть биомассы поступает в виде несъедобных растений, таких как деревья, трава и водоросли, которые содержат сахара, которые можно ферментировать для производства топлива. Но биомасса также содержит лигнин, объемный сложный органический полимер, который наполняет древесину, кору и обычно придает растениям жесткость. Поскольку лигнин трудно перерабатывать, его обычно выбрасывают при переработке биотоплива. Ученые EPFL теперь превратили лигнин из неприятности в важный источник биотоплива, просто добавив обычное химическое вещество, превратив до 80% его в ценные молекулы для биотоплива и пластмасс. Запатентованный метод, который можно масштабировать до промышленного уровня, опубликован в журнале Science.
Сложный, но энергоемкий
Лигнин - чрезвычайно сложный биополимер, заполняющий твердую стенку, окружающую каждую растительную клетку. На самом деле лигнин составляет почти треть биомассы растений, а его молекулярная структура придает ему плотность энергии на 30% больше, чем у сахаров, которые традиционно перерабатываются в биотопливо. Проблема в том, что лигнин сложно извлечь и преобразовать. Из-за своей нестабильности лигнин обычно быстро разрушается во время его экстракции, и большинству исследователей не удалось эффективно разбить его на части для превращения в топливо или химикаты.
Теперь международная группа исследователей во главе с Джереми Лютербахером из EPFL показала, что они могут легко разрушить лигнин, просто добавив в процесс химический формальдегид. Формальдегид является одним из наиболее широко используемых химических веществ в промышленности, и его производство простое и дешевое. Исследователи обнаружили, что формальдегид стабилизирует лигнин и предотвращает его разложение, что приводит к высокому выходу строительных блоков, которые можно использовать для производства заменителей нефтехимических продуктов. Эти выходы были в 3-7 раз выше, чем у лигнина без формальдегида.
Увеличение масштаба
«В зависимости от используемой древесины мы получаем от 50 до 80%», - говорит Джереми Лютербахер, который стал известен в 2014 году благодаря разработке метода безопасного и дешевого извлечения сахаров из растений (также опубликовано в журнале Science). «Химия относительно проста; настоящая проблема заключается в том, чтобы найти инвесторов для пилотной установки, чтобы продемонстрировать это.«Рынок, по его словам, сложен для устойчивой энергетики в основном из-за непоследовательной политической поддержки и сильно различающихся цен на энергоносители. Трудно найти инвесторов для таких инновационных платформ на нестабильном рынке, особенно учитывая конкуренцию хорошо зарекомендовавших себя ископаемых видов топлива.
«Технология выглядит очень хорошо», - говорит Лютербахер. «Если бы глобальный политический истеблишмент последовательно призывал отказаться от ископаемого топлива, инвесторы это бы заметили. Но я думаю, что Швейцария - отличное место для начала. Швейцарцы всегда были непоколебимыми сторонниками экологически чистой энергии и могли бы помочь продемонстрировать новые технологии., поэтому я с оптимизмом смотрю в будущее."