В последние годы угрозы глобального потепления и дефицита традиционных видов топлива привели к распространению биодизеля в транспортном секторе. Но как подтверждает пищеварительная система человека, расщепление таких сложных молекул как целлюлоза или лигнин является сложным делом. Поэтому индустрия биотоплива обращает внимание на такие культуры как кукуруза и сахарная свекла, используя их в качестве сырья для реакций. Но отнимая при этом пищу у голодающих регионов планеты и вызывая рост цен на продовольствие.

Биотопливо второго поколения может снизить нагрузку на сельскохозяйственные культуры путем расщепления больших молекул — сотни миллионов долларов вложены в исследования по снижению расходов для производства этанола из целлюлозы. Но целлюлоза способна решить только часть вопроса. Лигнин, составной элемент древесины, является другим важным компонентом, и использование его для получения жидкого топлива может высвободить часть урожая.

При этом лигнин — это сложная молекула, и имеющимися методами расщепляется непредсказуемым образом на множество веществ, лишь часть которых может быть использована для производства биотоплива. Юан Коу (Yuan Kou) из Пекинского университета вместе со своими коллегами разработали технологию разложения лигнина на алканы и спирты.

Лигнин состоит из углерод-кислород-углеродных (С-О-С) соединений, которые связаны с короткими углеводородными цепочками. Разрыв связей С-О-С является способом освобождения углеводорода, который будет затем задействован при производстве алканов и спиртов. Но в пределах связей углерод-водород (С-Н) также располагаются связи С-О-С, которые важны для производства спиртов. Задача состоит в том, чтобы разрушить одни связи и одновременно сохранить другие.

Ученые Пекинского университета, используя предыдущий опыт по расщеплению связей С-О-С, остановили свой выбор на горячей воде, находящейся под избыточным давлением, как лучшем растворителе для реакции. Вода достигает почти критического уровня при температуре 250-300 °С и внешнем давлении в 7 МПА. При этих условиях и в присутствии необходимого катализатора и водорода лигнин распадается на свои мономеры и димеры.

Исследователи экспериментировали с различными катализаторами и органическими добавками для оптимизации реакции и остановились на комбинации платиново-углеродного катализатора и диоксана, которая позволяется получить большое количество мономеров и димеров.

При идеальных условиях, которые теоретически возможно достичь, массовая доля мономеров будет составлять 44-56%, а димеров — 28-29%. В Пекинском университете очень близко приблизились к этим показателям — выход мономеров составил 45%, а димеров — 12%.

Выделение углеводородов из водного раствора происходит довольно просто — нужно охладить воду, и необходимые углеводороды автоматически отделяются от воды. И после этого довольно легко можно преобразовать эти мономеры и димеры в необходимые продукты. В результате, можно получить алканы с 8-9 углеродами в цепи для получения бензина, предельные углеводороды длиной цепи в 12-18 атомов углерода для дизеля и метанол.

Значительная часть исходного материала превращается в полезные продукты, говорят исследователи. Но эта работа находится еще в самом начале своего пути, поэтому некоторые аспекты, связанные с экономическими проблемами будут оцениваться в будущем. Однако уже сейчас многие ученые считают итоги эксперимента огромным прорывом и всерьез рассчитывают использовать их на практике.

Источник...