Найден дешевый способ получения топлива из целлюлозы

Ученые нашли экономически и экологически выгодный способ переработки отходов сельского хозяйства и деревообрабатывающей промышленности в высокоэнергетическое автомобильное и авиационное топливо.

В данном случае полный цикл производства приводит к уменьшению количества CO2 в атмосфере, сообщается в статье, опубликованной в журнале Science.

Попытки научиться перерабатывать целлюлозу в топливо ученые предпринимают уже давно, однако до сих пор не удавалось сделать этот процесс достаточно эффективным. 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 выход топлива получается ничтожно малым.

Решение этой проблемы удалось найти группе исследователей из университета Висконсин-Мэдиссон в США под руководством Джеймса Дюмесика.

Ранее по их методу целлюлозу превращали сначала в другие, более простые молекулы, в частности, гексаметилфурфурол, который затем конвертировали в алкены - 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 кислоты преобразуются в другое соединение: гамма-валеролактон. Эта циклическая молекула содержит два атома кислорода в своей структуре. В ходе первого этапа переработки у гамма-валеролактона (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 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.