Растущие цены на нефть и природный газ спровоцировали гонку за производство транспортного топлива из растительного сырья вместо нефти. И биодизель, и бензин, содержащий этанол, начинают оказывать влияние на рынок.
Но рост цен на нефть также вызвал гонку за поиском новых источников химических промежуточных продуктов - соединений, которые являются сырьем для многих современных пластмасс, лекарств и топлива. За кулисами американская промышленность использует миллионы тонн химических промежуточных продуктов, источником которых в основном являются нефть или природный газ.
Джеймс Думесик, профессор химической и биологической инженерии Университета Висконсин-Мэдисон, сообщает в выпуске журнала Science от 30 июня о лучшем способе получения химического промежуточного соединения под названием HMF (гидроксиметилфурфурол) из фруктозы: фруктового сахара. HMF можно превратить в пластик, добавку к дизельному топливу или даже в само дизельное топливо, но он редко используется, потому что его производство дорого.
Новый процесс выходит за рамки производства топлива из растений для производства промышленных химикатов из растений. «Попытки понять, как использовать каталитические процессы для производства химикатов и топлива из биомассы, - это развивающаяся область», - говорит Думесик, руководивший исследованиями HMF. «Вместо того, чтобы использовать древнюю солнечную энергию, заключенную в ископаемом топливе, мы пытаемся извлечь выгоду из углекислого газа и современной солнечной энергии, которую собирают сельскохозяйственные культуры».
Новый запатентованный метод производства HMF представляет собой баланс между химией, давлением, температурой и конструкцией реактора. После того, как катализатор превращает фруктозу в HMF, HMF перемещается в растворитель, который переносит его в отдельное место, где HMF извлекается. Хотя другие исследователи ранее преобразовывали фруктозу в HMF, исследовательская группа Dumesic внесла ряд усовершенствований, которые увеличили выход HMF, а также облегчили извлечение HMF.
После изготовления HMF довольно легко превратить в пластик или дизельное топливо. Хотя биодизель, который в последнее время попал в заголовки газет, производится из жира (даже из использованного растительного масла), а не из сахара, оба процесса имеют схожие экологические и экономические преимущества, говорит Думесик. Вместо того, чтобы покупать нефть за границей, сырье будет поступать из местного сельского хозяйства. Расширение источников сырья также должно привести к снижению цен на нефть.
Использование биомассы - отходов сельского и лесного хозяйства - также может сократить глобальное потепление, вызванное выбросами углекислого газа из ископаемого топлива, говорит аспирант Юрий Роман-Лешков, первый автор научной статьи.«Преимущество использования биомассы в качестве замены всех этих нефтепродуктов заключается в том, что она нейтральна по отношению к парниковому эффекту», - говорит он. Хотя сжигание и иное использование ископаемого топлива перемещает огромное количество углерода с Земли в атмосферу, углерод, высвобождаемый при сгорании биотоплива, в конечном итоге поглощается растущими растениями. «Этот процесс действительно важен, - говорит Роман-Лешков, - потому что он не выбрасывает в атмосферу дополнительный углекислый газ».
Джубен Н. Чхеда, второй аспирант, работающий над проектом HMF, рассматривает эту работу как часть взрыва интереса к поиску альтернативных источников химикатов на основе нефти. «Нам необходимо разработать новые технологические процессы, и HMF - это строительный блок, который может заменить такие продукты, как ПЭТ - пластик, используемый для бутылок из-под газировки», - отмечает он. «Это первый шаг к ряду химических продуктов, которые можно получить из ресурсов биомассы, заменяя те, которые поступают из нефтяных источников."
Dumesic также изучает методы преобразования других сахаров и даже более сложных углеводов в HMF и другие химические промежуточные продукты. «Солнечная энергия и биология создали запасы углеводородов в ископаемом топливе, которое мы использовали так долго. Наш интерес к биомассе обусловлен верой в то, что если мы научимся использовать солнечную энергию и биологию по-другому, мы сможем решить проблемы, связанные с цена, предложение и воздействие промышленной деятельности на окружающую среду».
Исследования Dumesic в области экологически безопасных источников обычных химических веществ поддерживаются Министерством сельского хозяйства США и Национальным научным фондом.