Ученые нашли экономически и экологически выгодный метод переработки отходов сельского хозяйства и деревообрабатывающей промышленности в высокоэнергетическое автомобильное и авиационное топливо, полный цикл производства и сжигания которого в данном случае приводит к уменьшению количества CO2 в атмосфере, сообщается в статье исследователей, опубликованной в пятничном выпуске журнала Science.

Попытки научиться перерабатывать целлюлозу, основной компонент древесины и других растений, в топливо ученые предпринимают уже давно, однако до сих пор сделать этот процесс достаточно эффективным не удавалось никому. 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 с маленьким выходом.

Решение этой проблемы удалось найти команде исследователей из Университета Висконсин-Мэдиссон в США под руководством Джеймса Дюмесика (James Dumesic). Эта группа ученых уже показывала метод переработки целлюлозы в топливо, согласно которому целлюлоза превращается сначала в другие, более простые молекулы, в частности, гексаметилфурфурол, который затем конвертируется в алкены - наиболее энергетические 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 эти кислоты преобразуются в другое соединение: гамма-валеролактон. Эта циклическая молекула содержит два атома кислорода в своей структуре. В ходе первого этапа переработки гамма-валеролактона ученые, 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 более 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.

Последние новости

Популярные новости