Przetwarzanie produktów ubocznych przemysłu w zrównoważone substancje chemiczne pochodzenia biologicznego
Lignina, jako jeden z najobficiej występujących na Ziemi polimerów organicznych, a zarazem surowiec odnawialny, ma ogromny potencjał – może zostać przetworzona w szereg przyjaznych dla środowiska produktów o wartości dodanej, w tym substancji chemicznych. Z racji tego, że jest produktem ubocznym procesu produkcji papieru, jest również łatwo dostępnym polimerem – każdego roku wytwarzamy przeszło 40 milionów ton tej substancji. Niestety, zdecydowana większość ligniny (nawet 95 %) trafia do spalarni jako paliwo o niskiej wartości, charakteryzujące się wysoką emisją zanieczyszczeń. Oznacza to, że nie jest wykorzystywana jako podstawa do tworzenia zrównoważonych substancji chemicznych. Finansowany ze środków UE projekt LIBERATE ma na celu zmianę tego stanu rzeczy poprzez przekierowanie strumieni ligniny kierowanych do spalarni i przetwarzanie jej w produkty o wartości dodanej za pomocą selektywnych metod elektrochemicznych. „Głównym celem projektu było opracowanie instalacji elektrochemicznej, która pozwoliłaby zaprezentować komercyjne możliwości przekształcania taniego surowca ligninowego w wysokowartościowe i zrównoważone substancje chemiczne”, mówi Francisco Julia, kierownik projektu w Leitat Technology Centre, partnera koordynującego projekt. „W ten sposób możemy pomóc przemysłowi energetycznemu zmniejszyć zależność od importowanych paliw i zmniejszyć jego wpływ na środowisko, a wszystko to przy jednoczesnym promowaniu gospodarki o obiegu zamkniętym".
Od waniliny po substancje chemiczne
Jednym z kluczowych osiągnięć projektu było opracowanie elektrochemicznej instalacji pilotażowej zdolnej do przetwarzania ligniny w wanilinę i mieszaniny fenolowe. „Wanilina jest głównym związkiem chemicznym w ekstrakcie ze strąków wanilii”, wyjaśnia Julia. „Choć dla większości osób to po prostu środek aromatyzujący, wanilina może również służyć jako element syntezy chemicznej". Skupiając się na tym aspekcie, naukowcy byli w stanie uzyskać wanilinę przy użyciu elektrochemicznego i termicznego procesu depolimeryzacji, w ramach którego lignina jest utleniana i rozbijana na małe cząsteczki. „Udało się nie tylko osiągnąć imponującą wydajność tego procesu na poziomie 8 %, ale uzyskaliśmy także mieszaninę fenolową, która może służyć jako przeciwutleniacz i jako substytut fenolu w żywicach fenolowo-formaldehydowych”, dodaje Sonia Matencio Lloberas, starsza badaczka w ośrodku Leitat.
Produkty sprawdzone przez użytkowników przemysłowych
Badacze pracujący nad projektem opracowali również proces elektrochemicznego przetwarzania biogennych cykloheksanoli, pozyskiwanych z naturalnych i zrównoważonych źródeł, w monomer zwany kwasem 3-propyloadypinowym. „Ten monomer otwiera drogę do otrzymywania zrównoważonych prekursorów poliamidów i poliestrów. Będzie też atrakcyjnym zamiennikiem monomerów petrochemicznych", zauważa Matencio Lloberas W ramach projektu powstał także proces elektrochemicznego przetwarzania ligniny organicznej w mieszaninę fenolową. Produkty ze wszystkich trzech procesów zostały sprawdzone przez grono przemysłowych użytkowników końcowych, którzy potwierdzili ich użyteczność.
Misja zakończona, czas na dalsze prace
Badaczom udało się zrealizować założenia projektu LIBERATE, czyli wykazać możliwość przetwarzania surowca w postaci ligniny w wysokowartościowe i ekologiczne substancje chemiczne o znaczącym potencjale komercyjnym. „Nasz sukces jest bezpośrednim wynikiem doskonałej współpracy wszystkich partnerów projektu, którzy wspólnie byli w stanie przeanalizować i pokonać główne wyzwania techniczne podczas pracy z materiałami pochodzenia biologicznego", zauważa Matencio Lloberas. Choć zespół projektu osiągnął większość zakładanych celów technicznych, Matencio Lloberas mówi, że wciąż pozostaje wiele do zrobienia: „Konieczna jest dalsza optymalizacja procesów, aby poprawić ich efektywność techniczno-ekonomiczną i zasobooszczędność”.
Słowa kluczowe
LIBERATE, lignina, surowiec, zrównoważone substancje chemiczne, substancje chemiczne, polimer, przemysłowy produkt uboczny, energia, gospodarka o obiegu zamkniętym
