Новости химической науки > Биотопливо, которое не нужно разбавлять бензином

Исследователи из США разработали метод переработки отходов сельского хозяйства в алкены, которые могут быть использованы в качестве топлива для реактивных и дизельных двигателей.

Новая разработка позволяет говорить о биотопливе, для производства которого не требуются специальные фермы, благодаря чему становится зримой перспектива замены топлив, получаемых с помощью нефтепереработки.

Процесс, который исследователи использовали для получения топлива из γ-валеролактона. (Рисунок из Science, 2010, DOI: 10.1126/science.1184362)

Уже давно идут разговоры о том, что биотопливо сможет существенно понизить нашу зависимость от нефти, однако традиционные кандидаты в компоненты топливных смесей биологического происхождения характеризуются рядом недостатков. Например, биоэтанол, который может сжигаться в двигателях внутреннего сгорания, эффективен как топливо только в виде смеси с нефтепродуктами (со значительным содержанием последних). Помимо этого, низкая энергетическая плотность этанола не позволяет использовать его в качестве авиационного топлива, и для получения этанола необходимо выращивать большое количество кукурузы, что может приводить как к вырубке значительных площадей лесов, так и перераспределению продуктов сельского хозяйства и, как следствие, к недостатку продовольствия.

В свете описанных выше обстоятельств многие исследователи давно пытаются разработать методы получения «биотоплива второго поколения», сырьем для которого могут быть непригодные для пищи целлюлозосодержащие компоненты растений, часто представляющие собой отходы сельского хозяйства. Такой тип биомассы уже может быть конвертирован в γ-валеролактон [γ-valerolactone (GVL)], органическое соединение, которое можно применять, добавляя к бензину или дизельному топливу. Продукт гидрирования GVL более перспективен в качестве топлива, однако процесс гидрирования не слишком эффективен. К тому же даже после восстановления для получения полноценного топлива необходимо смешать продукт гидрирования минимум с 30% бензина.

Исследователи из Университета Висконсина-Мэдисона разработали метод превращения GVL в топливо, которое может применяться непосредственно, без разбавления бензином. Исследователи предлагают стратегию, основанную на конверсии GVL в соединения с высокой плотностью энергии – алкенов, разброс молекулярной массы которых позволит их использовать в качестве топлива для реактивной авиации. Предложившие новый метод Джеймс Думесик (James Dumesic) и Джесс Бонд (Jesse Bond) отмечают, что высокая плотность энергии полученных продуктов позволяет надеяться на то, что они смогут полностью заменить нефтяное топливо, а также использоваться в авиации, в этой области биотопливо практически еще не применялось.

Для получения топлива с высокой энергетической плотностью из GVL необходимо получить продукты превращения лактона, содержащие меньшее количество кислорода. Для этого исследователи с помощью твердокислотного катализатора превратили циклический сложный эфир-лактон в линейную молекулу, после чего провели декарбоксилирование с помощью другого твердокислотного катализатора, получив бутен и диоксид углерода. Затем бутен может быть вовлечен в реакцию олигомеризации для получения смеси жидких высокомолекулярных алкенов, обладающей высокой плотностью энергии.

Джордж Хабер (George Huber), специалист по биотопливу из Университета Массачусетса высоко оценивает возможности нового процесса, считая, что возможность модификации отходов сельского хозяйства без водорода и без катализаторов из драгоценных металлов обуславливает высокую экономическую эффективность процесса, предложенного химиками из Висконсина-Мэдисона.

Источник: Science, 2010, DOI: 10.1126/science.1184362

метки статьи: #биохимия, #кинетика и катализ, #органическая химия, #химическая технология