Запатентованный метод, называемый улучшенным лигноцеллюлозным фракционированием сорастворителем (CELF), приближает исследователей к решению давно неуловимой цели производства топлива и химикатов из биомассы с достаточно высокими выходами и достаточно низкими затратами, чтобы стать жизнеспособной альтернативой или заменой нефти. -основные топлива и химикаты.«Недвижимость — это местоположение, местоположение, местоположение», — сказал Вайман, руководитель отдела экологической инженерии Ford Motor Company в Центре экологических исследований и технологий Калифорнийского университета в Риверсайде (CE-CERT). «Успешная коммерциализация технологии биотоплива связана с выходом, выходом, выходом, и мы получили большие урожаи с помощью этой новой технологии».
Ключом к технологии UC Riverside является использование тетрагидрофурана (ТГФ) в качестве сорастворителя для помощи в расщеплении исходного сырья биомассы для производства ценных первичных и вторичных предшественников топлива с высокими выходами при умеренных температурах.Эти прекурсоры топлива затем могут быть преобразованы в этанол, химикаты или топливо для замены. Горючие материалы имеют свойства, аналогичные свойствам обычного бензина, реактивного и дизельного топлива, и могут использоваться без значительных изменений транспортных средств или существующей транспортной инфраструктуры.По сравнению с другими доступными растворителями биомассы, ТГФ хорошо подходит для этого применения, потому что он гомогенно смешивается с водой, имеет низкую температуру кипения (66 градусов Цельсия), что обеспечивает легкое восстановление, и может быть регенерирован как конечный продукт процесса. сказал Чарльз М. Кай, доктор философии. студент, работающий с Вайманом.
CELF уникален тем, что может объединить несколько этапов обработки, таких как предварительная обработка, гидролиз сахара и сахарный катализ, в один этап. Это снижает содержание воды в реакции, чтобы максимально увеличить количество реальных твердых веществ, которые могут быть загружены, а также сохранить тепло и энергию.Процесс также можно настроить так, чтобы можно было производить различные конечные продукты, изменяя конфигурации.
В недавно опубликованной статье в журнале Green Chemistry исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде показали, что использование CELF с высокоселективными кислотными катализаторами, называемыми галогенидами металлов, было особенно эффективным при одновременном производстве топливных прекурсоров фурфурол и 5-гидроксиметилфурфурол (5-HMF) непосредственно из сырого клена. древесина.Лигноцеллюлозная биомасса, которая является единственным достаточно распространенным устойчивым ресурсом для преобразования в жидкое транспортное топливо, является самым распространенным органическим материалом на Земле.
Он состоит из трех основных компонентов: целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина.Чтобы создать прекурсоры для биотоплива, целлюлоза расщепляется на гидроксиметилфурфурол (5-HMF), а большая часть гемицеллюлозы расщепляется на фурфурол. Лигнин обычно считается побочным продуктом и сжигается для производства энергии, хотя это мнение меняется.
Фурфурол и 5-HMF являются широко признанными возобновляемыми химическими веществами для их преобразования в жидкие топлива бензиновых, реактивных и дизельных двигателей. Фурфурол и 5-HMF можно дополнительно подвергнуть химико-каталитическому обогащению до добавляемых топлив, включая 2-метилфуран (MF) и 2,5-диметилфуран (DMF).Используя комбинацию CELF с хлоридом железа, типом галогенида металла, для разрушения древесины клена, Цай и исследовательская группа получили выходы 95 процентов от теоретического максимума и 51 процент для 5-HMF в реакции в одном котле.
Это представляет собой повышение урожайности почти на 50 процентов по сравнению с существующими коммерческими технологиями и, таким образом, может потенциально снизить стоимость производства фурфурола до диапазона текущих цен на сырую нефть.В дополнение к высоким показателям выхода более 90 процентов лигнина было растворено и экстрагировано с помощью CELF и извлечено в виде тонкоизмельченного порошкообразного продукта.Лигнин часто не используется или сжигается.
Однако на самом деле лигнин является многообещающим ресурсом для производства дополнительных высокоценных химикатов и топлива после его извлечения и деполимеризации с помощью CELF. Поскольку ТГФ легко восстанавливается при низких температурах, его удаление после реакции позволяет растворенным частицам лигнина преобразоваться в твердые вещества, которые выпадают в осадок из раствора.Недавно опубликованная статья в Green Chemistry озаглавлена «Сочетание галогенидов металлов с сорастворителем для получения фурфурола и 5-HMF с высокими выходами непосредственно из лигноцеллюлозной биомассы в качестве интегрированной стратегии биотоплива».
Помимо Кая и Ваймана, соавторами являются Нихил Наган, аспирант лаборатории Ваймана, который проводил исследования кинетики реакций с помощью CELF, и Раджив Кумар, помощник инженера-исследователя в группе Ваймана, который вместе с Вайманом консультирует аспирантов.В предыдущей работе, изложенной в статье 2013 года, опубликованной в Green Chemistry, Цай представил использование CELF с простыми кислотами в качестве метода производства сахаров для биологических процессов, таких как ферментация.
В данном случае технология используется в текущем проекте в UC Riverside по объединению технологии CELF с микробиологическим производством топлива, такого как этанол и бутанол, с использованием CELF для производства высокореакционных материалов, богатых сахаром, из лигноцеллюлозной биомассы, которые можно легко разрушить. вплоть до простых сахаров с нулевым или очень низким уровнем добавленных ферментов.