Биомасса — альтернатива нефти для химической промышленности

Группа инженеров-химиков Массачусетского университета в Амхерсте сообщает об изобретении способа производить большие объемы сырья для химической промышленности, включая бензол, толуол, ксилол и олефины, из пиролитической бионефти («зеленого бензина»).

На сегодняшний день это самое дешевое жидкое топливо, получаемое из биомассы. Новый процесс может уменьшить или полностью устранить зависимость производства промышленных химикатов от горючих полезных ископаемых, на которые ежегодно тратиться оценочно 400 биллионов долларов.

Вместо закупки нефти баррелями производители химических веществ теперь смогут использовать относительно дешевую, широко доступную пиролитическую бионефть, получаемую из несъедобных энергетических зерновых культур, отходов лесной промышленности, сельского хозяйства, для производства тех же ценных материалов с содержанием веществ от растворителей и детергентов до пластиков и волокон.

«Благодаря этому открытию мы можем удовлетворить потребности в сырье для производства химических продуктов, используя исключительно пиролитическую нефть, - объясняет руководитель группы, адъюнкт-профессор химической инженерии Массачусетского университета в Амхерсте Джордж Хабер. – Мы делаем из биомассы такие же молекулы, как сейчас производятся из нефти, без необходимости изменения инфраструктуры».

По его словам, эта технология придаст громадный толчок всей экономике, потому как пиролитическая нефть уже коммерчески доступна. Наибольшее отличие изобретенного способа от существующего – это сырье; изобретенный процесс использует возобновляемое сырье, то есть растительную биомассу. Вместо того чтобы покупать нефть для производства этих промышленных химикатов, используется пиролитическая нефть из локально выращиваемых несъедобных сельскохозяйственных культур и древесной биомассы. Это также станет серьезным источником дополнительного дохода для фермеров.

В прошлом эти соединения получали в малопродуктивном процессе. Но в этом исследовании ученые продемонстрировали, как получать в три раза большую, чем когда-либо, продуктивность с использованием пиролитической нефти. Им удалось превратить дешевую пиролитическую нефть в продукты дороже, чем транспортное топливо.

В своей работе Хабер и докторанты Тушар Виспют, Аймаро Санно показали, как получить олефины, такие как этилен и пропилен – составляющие многих пластиков и резин, а также ароматические соединения, как бензол, толуол и ксилол для изготовления красителей, пластиков и полиуретана, из пиролитической нефти на основе биомассы. Они использовали двухступенчатый интегрированный каталитический процесс, начиная с этапа «регулируемой» переменной реакции гидрогенизации, за которой следовал цеолитовый каталитический процесс. Цеолитовый катализатор имеет подходящую пористую структуру и активные участки, превращающие молекулы биомассы в ароматические углеводороды и олефины.

Хабер, Виспют и коллеги обсуждают, какой из трех вариантов выбрать для получения оптимальных результатов: низко-, высокотемпературную гидрогенизацию или цеолитовое трансформирование. Их выводы указывают, что соотношение олефин-ароматическое соединение, а также производимые типы олефинов и ароматизаторов можно устанавливать в зависимости от требований рынка. Это означает, что с новой технологией производители химических веществ могут по желанию регулировать содержание углерода и объемы водорода, получаемые из биомассы. Хабер и коллеги предоставили экономические расчеты для определения оптимальной смеси водорода и пиролитической нефти в зависимости от рыночных цен, что позволит производить продукты высочайшего качества с минимальными затратами.

Используя этот новый способ, пилотная установка на территории Массачусетского университета в Амхерсте производит эти химические вещества в литровых объемах. Лицензия на технологию выдана компании Anellotech Corp., основанной Хабером и Дэвидом Судольски их Нью-Йорка. Эта компания также разрабатывает технологию превращения твердой биомассы напрямую в химические вещества. Таким образом, пиролитическая нефть представляет собой второе возобновляемое сырье для компании.

По словам Судольски, технологию производства пиролитической нефти из биомассы сейчас разрабатывают несколько компаний. Проблема состоит в том, что перед использованием пиролитическую нефть необходимо подготовить. Но с новым процессом компания Anellotech может превращать пиролитическую нефть в ценные химические вещества с высокой эффективностью и с очень небольшими затратами.