«Мы преодолели одну из самых сложных проблем отрасли, открыв, как производить высококачественное углеродное волокно из отходов», — сказал д-р Джошуа Юань, научный сотрудник Texas AM AgriLife Research и доцент кафедры патологии растений и микробиологии в Колледж-Стейшн.Исследование было недавно опубликовано в Green Chemistry, рецензируемом журнале Королевского химического общества.«Люди много лет думали об использовании лигнина для производства углеродного волокна, но достижение хорошего качества было проблемой», — сказал Юань.По его словам, около 50 миллионов тонн лигнина — или структурной части завода — скапливаются каждый год в виде отходов бумажной и целлюлозной промышленности США.
Дополнительный лигнин может поступать из биоперерабатывающих заводов, которые используют заводы для производства этанола, производя от 100 до 200 миллионов тонн отходов лигнина ежегодно. Однако, по словам Юаня, только около 2 процентов отходов лигнина в настоящее время перерабатывается в новые продукты.«Лигнин считается одним из самых распространенных биополимеров в мире», — сказал он. «Все эти отходы накапливаются, и их будет здорово использовать для чего-то».
Исследовательская группа Юаня добилась нескольких успехов в производстве топлива и биопродуктов из лигнина. Но даже в процессе производства биотоплива остается большое количество отходов.
Это заставило их задуматься о возможности изготовления материала из углеродного волокна.Углеродное волокно — не новая концепция.
С ним начали экспериментировать с 1860 года — первоначально в основном для лампочек — и он известен своей высокой прочностью, малым весом и термостойкостью.Но производить его традиционными способами было дорого.«Если вы не можете производить качественный углеродный материал, это действительно бесполезно», — сказал Юань.
Таким образом, команда исследовала лигнин более внимательно.«Мы обнаружили, что лигнин представляет собой смесь многих молекул разных размеров и с разными химическими свойствами.
Путем фракционирования мы разделили лигнин на разные части, а затем мы обнаружили, что определенные части лигнина очень хороши для производства высококачественного углеродного волокна. " он объяснил.Исследователь отметил, что лигнин представляет собой сложную молекулу, но когда часть с высокой плотностью и высокой молекулярной массой отделена от остальной части, она имеет однородную структуру, которая позволяет формировать высококачественное углеродное волокно.
«Мы все еще работаем над улучшением и улучшением качества, но в конечном итоге это углеродное волокно можно будет использовать для ветряных мельниц, спортивных материалов и даже велосипедов и автомобилей», — сказал он. «Углеродное волокно намного легче, но имеет такую же механическую прочность, как и другие материалы, используемые сейчас для этих продуктов. Этот материал можно использовать для множества различных применений.«Прелесть этой технологии в том, что она позволяет нам полностью использовать лигнин. В основном то, что мы делаем, — это фракционируем лигнин, так что фракцию с высокой молекулярной массой можно использовать для углеродного волокна, а фракцию с низкой молекулярной массой можно использовать для использования в биопластиках и продуктах. как модификатор вяжущего асфальта, используемый на дорогах ».
Юань предполагает создание многопоточного интегрированного завода по переработке биопереработки, в котором лигнин отделяется в одном месте, так что различные материалы — углеродные волокна высокой плотности и биопластики низкой плотности, а также биотопливо из растительного сырья, такого как травы, — можно было бы производить в одном месте. средство.«Когда мы можем использовать одну и ту же биомассу для производства разных продуктов, это обеспечивает максимальную экономическую отдачу за счет устойчивости», — сказал он. "В конечном итоге это приведет к увеличению числа рабочих мест и ускорению экономического роста в сельских районах.«И вся цепочка поставок находится в Соединенных Штатах, а это значит, что здесь будут рабочие места. Биомасса выращивается, собирается и транспортируется здесь.
Было бы трудно когда-либо отправить такое количество отходов в другую страну для производства. Все остается здесь. ", — сказал Юань. «Это объединит сельскохозяйственное производство и промышленность в биоэкономику, производящую возобновляемые продукты».