Биомасса может стать заменой нефтепродуктам уже сегодня

Ученые продемонстрировали высокую технологическую и экономическую эффективность переработки несъедобной растительной биомассы в ценные химические продукты за счет введения дополнительно стадии в обработке сырья, что уже сегодня в ряде химических производств позволит отказаться от использования нефтепродуктов, сообщается в статье исследователей, опубликованной в журнале Science.

Отказ от нефтепродуктов означает повышение экологической безопасности производства многих полимеров, а также снижение парниковых выбросов.

Базовым химическим продуктом, добываемым сейчас из биомассы, являются так называемые пиролитические масла — смесь органических веществ различной химической природы, получаемая «отжимом» бросовой растительной биомассы под высоким давлением и при повышенных температурах. Эти масла сами по себе являются топливом, однако очень низкокачественным, потому что плохо смешиваются с топливом из нефтепродуктов.

В связи с этим пиролитические масла чаще используются как сырье для дальнейшей переработки в более ценные химические продукты в ходе процессов с участием определенного класса катализаторов, называемых цеолитами. Эти катализаторы позволяют преобразовать компоненты пиролитических масел — продукты деструкции целлюлозы и других углеводов — в гораздо более ценные углеводороды, органические молекулы, содержащие в своей структуре только углерод и водород — бензол, толуол, ксилолы и ненасыщенные углеводороды, являющиеся сырьем для индустрии полимерных материалов.

Этот процесс сейчас очень неэффективен, так как сопровождается потерями вещества в виде газов, а также спеканием компонентов пиролитических масел с образованием кокса — побочного продукта.

Авторы публикации, группа молодых ученых из Массачусетского университета в Амресте под руководством профессора Джорджа Хубера (George Huber) показала, что эффективность преобразования пиролитических масел можно повысить как минимум в три раза, если предварительно провести процесс так называемого гидрирования — внедрения в структуру молекул, образующих масла, дополнительных атомов водорода. Этот процесс в экспериментальной установке, разработанной учеными, проводится при температуре 100-200 градусов Цельсия с участием платиновых и рутениевых катализаторов.

Ученые отмечают, что введение этой дополнительной стадии переработки биомассы сделает весь процесс получения конечного продукта дороже. Но при этом, сообщают они, выход полезных продуктов пропорционален количеству водорода, введенного в состав компонентов масел на стадии гидрирования, и в зависимости от объема рынка и локальных цен на углеводородное сырье (конечные продукты переработки масел — ароматические и непредельные углеводороды), а также доступности электроэнергии и водорода в той точке земного шара, где предстоит перерабатывать биомассу, параметры переработки могут быть подобраны так, что она в итоге окажется коммерчески выгодной.

«Этот процесс может очень много значить для экономики в целом, так как он позволяет эффективно перерабатывать бросовую растительную биомассу в ценные химические компоненты, для получения которых в настоящее время приходится бурить скважины и добывать нефть. При этом не требуется никакого изменения инфраструктуры химических производств», — сказал, комментируя статью, Хубер, слова которого приводит пресс-служба университета.