Новый техпроцесс удешевит биотопливо на треть

Новый способ, созданный в Висконсинском университете в Мэдисоне (США), позволяет избежать дорогой предварительной обработки сырья, разделяющей два основных компонента растительной биомассы — полуцеллюлозу и саму целлюлозу, которые будут реагировать с очень разными скоростями. Стадия предварительной обработки и последующее разделение компонентов стоят сегодня до 30% от того, что написано на ценнике биотоплива.

Подробно о новом однореакторном методе конверсии биомассы в топливо можно почитать в журнале Energy & Environmental Science.

Схема однореакторного метода конверсии растительного сырья в биотопливо без предварительного разделения на компоненты (иллюстрация University of Wisconsin-Madison).

Магическим компонентом, обеспечившим одновременную конверсию физически и химически различных целлюлозы и полуцеллюлозы, стал гамма-валеролактон (ГВЛ). Любопытно, что таким образом учёные эксплуатируют ГВЛ для получения всё новых и новых количеств ГВЛ, являющегося не только растворителем, а ещё и недорогим, но при этом очень энергоёмким биотопливом, которое совместимо с современными автомобильными двигателями.

Ну а в случае конверсии биомассы ГВЛ — просто идеальный растворитель, поскольку сам получен в этом превращении. Используемая в других процессах вода не может обеспечить ни приемлемой скорости конверсии, ни достойного выхода желаемых продуктов.

Применение ГВЛ позволило расширить границы оптимальных условий для процессирования заранее разделённых целлюлозы и полуцеллюлозы. В конце концов оказалось, что эти условия попросту перекрываются для обоих типов исходных компонентов. Это дало возможность разработать процесс, оперирующий с одновременной конверсией обоих веществ в оптимальных для этого условиях и, следовательно, с высоким выходом. Таким образом, применив один-единственный реактор, учёные провели высокоэффективную конверсию целлюлозы в левулиновую кислоту и полуцеллюлозы в фурфурол. Последний пользуется большим спросом в качестве растворителя и пластификатора при производстве пластмасс и герметиков (ежегодная потребность только в США — 300 000 тонн).

После конверсии фурфурол может быть отделён дистилляцией или конвертирован в серии химических превращений в ту же левулиновую кислоту — полезный химикат для производства растворителей и топливных добавок. Но что ещё более важно, та же группа учёных уже предложила собственный высокоэффективный двухстадийный каталитический процесс, позволяющий превращать левулиновую кислоту в ГВЛ, а в конечном итоге — в высокоэнергетическое жидкое транспортное топливо. То есть вместо того, чтобы получать на выходе из реактора фурфурол (из полуцеллюлозы) и левулиновую кислоту (из целлюлозы), можно всё конвертировать сначала в левулиновую кислоту, а затем в ГВЛ. Каждое из этих соединений ценно и предназначено для разных целей, но если мы говорим только о биотопливе, то ГВЛ тут вне конкуренции.

В качестве дополнительного бонуса ГВЛ (как растворитель) требует в 10 раз меньше серной кислоты для конверсии, чем вода, и легко растворяет лигнин и гумин — другие компоненты биомассы, которые часто засоряют системы, работающие на водном растворителе.

Подготовлено по материалам Университета Висконсин — Мэдисон.