Как получить биотопливо из дерева
Химики из Университета штата Северная Каролина (США) продемонстрировали возможность использования древесины для производства биомасел, которые затем могут быть конвертированы в большое количество разнообразных полезных продуктов, включая биотопливо для машин и самолётов.
Используя суперкомпьютерные вычисления, учёные провели теоретическое исследование того, что происходит на молекулярном уровне при высокотемпературной обработке древесины в отсутствие кислорода (процесс, известный как пиролиз). Результаты работы представлены в Journal Physical Chemistry A.
Статья, посвящённая переработке древесины (и отходов деревообрабатывающей промышленности) в биотопливо, попала на обложку престижного Journal Physical Chemistry A. (Иллюстрация ACS.)
Бóльшая часть «извлекаемой» энергии, «запасённой» в древесной массе, существует в виде целлюлозы, составляющей основу клеточных стенок растения. Целлюлоза представляет собой жёсткий, неэластичный материал, состоящий из специфических полисахаридных цепей. Расчёты позволили предложить наиболее вероятный механизм пиролиза целлюлозы, который неожиданным образом во многом совпадает с механизмом разложения самой глюкозы, хотя продукты разложения и скорости протекающих процессов значительно различаются. Кроме того, относительная важность различных элементарных стадий пиролиза сильно различается для глюкозы и целлюлозы. Наконец, любопытно и то, что катализ реакции разложения осуществляется простой водой.
В частности же авторы предсказали и «рассчитали» такие реакции, как открытие и закрытие пиранозных и фуранозных колец, ретроальдольная конденсация, кето-енольная таутомерия и дегидратация. Последнее превращение приводит к образованию бициклического соединения, которое переходит в левоглюкозан и 1,6-бета-D-дегидратированную глюкофуранозу. Интересно, что реакция, требующая сразу две молекулы воды в качестве катализатора, характеризуется более низкой энергией активации, чем реакция с мономолекулярным катализом.
Детальное понимание специфики процесса бескислородного разложения целлюлозы позволит учёным предсказать лёгкость (или сложность) извлечения энергии из древесины, «вскормленной» на той или иной почве.
Подготовлено по материалам Университета Северной Каролины.