Włókno węglowe, materiał używany obecnie przez cały przemysł, ale co by było, gdyby zamiast produkować je z ropy, zostały stworzone przez rośliny? Krajowe Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) pracuje nad tym trendem.
Interdyscyplinarny zespół naukowców opublikował wyniki badań eksperymentalnych nad przekształcaniem biomasy lignocelulozowej w substancję chemiczną o nazwie akrylonitryl, kluczowy prekursor do produkcji włókna węglowego.
Od samochodów po rowery, samoloty i statki kosmiczne, włókno węglowe jest teraz wszędzie. Producenci na całym świecie starają się, aby te pojazdy były lżejsze, zarówno w celu zmniejszenia zużycia paliwa, jak i wpływu na środowisko.
Włókno węglowe jest pięciokrotnie mocniejsze niż stal, dwa razy sztywniejsze, ale także lżejsze. To sprawia, że jest idealny w wielu dziedzinach. Ale dziś przemysł opiera się na produktach ropopochodnych. Zamiast tego można by lepiej wykorzystać odnawialne alternatywy.
L ' akrytrionyl to substancja chemiczna produkowana obecnie w złożonym procesie naftowym na skalę przemysłową. Propylen, pochodzący z ropy naftowej lub gazu ziemnego, jest mieszany z amoniakiem, tlenem i katalizatorem. Reakcja wytwarza znaczne ilości ciepła i cyjanowodór, o toksycznych produktów ubocznych. Nawet katalizator używany obecnie do produkcji akrylonitrylu jest dość złożony i drogi, a naukowcy wciąż nie w pełni rozumieją mechanizm.
Aby opracować nowe pomysły na produkcję akrylonitrylu z surowców odnawialnych, Departament Energii (DOE) zaprosił różne laboratoria badawcze do produkcji akrylonitrylu z odpadów roślinnych, takich jak pochodzące z przetwarzania kukurydzy, słomy pszennej i ryżu. z wiórów drzewnych. To niejadalna część rośliny, którą można rozbić na cukry, które z kolei są przekształcane w szeroką gamę bioproduktów do codziennego użytku.
Według naukowców NREL cukry lignocelulozowe ze źródeł odnawialnych mogą sprawić, że włókno węglowe będzie tańsze i będzie szerzej stosowane w codziennych zastosowaniach transportowych.
„Gdybyśmy mogli to zrobić w sposób zrównoważony ekonomicznie, mogłoby to potencjalnie oddzielić cenę akrylonitrylu od ropy naftowej i zaoferować ekologiczną alternatywę dla włókna węglowego w stosunku do paliw kopalnych” - powiedział Gregg Beckham z zespołu NREL.
W tym celu naukowcy użyli prostego katalizatora reakcji chemicznej zwanej nitrylacją. Ten ostatni jest około trzykrotnie tańszy niż jego odpowiednik stosowany w procesie na bazie ropy naftowej. Nie wytwarza również nadmiernego ciepła ani cyjanowodoru, który jest toksyczny. Proces biologiczny wytwarza tylko wodę i alkohol jako produkty uboczne.
Ten oparty na bioakrylonitrylu ma kilka zalet w stosunku do obecnie stosowanego procesu na bazie ropy naftowej. „To jest sedno badania” - powiedział Beckham.
Następnym krokiem będzie zmniejszenie skali procesu w celu wyprodukowania 50 kilogramów akrylonitrylu. Naukowcy współpracują z kilkoma firmami, w tym z firmą katalizującą, aby wyprodukować to, co jest potrzebne do operacji pilotażowych.
„Oprócz zmniejszenia produkcji akrylonitrylu, cieszymy się, że możemy używać tej potężnej i solidnej chemii do wytwarzania innych codziennych materiałów z zasobów biologicznych”.
Możesz obejść się bez oleju. Badania zostały opublikowane w Science.
Francesca Mancuso
