На пути к зеленому будущему: эффективная лазерная техника может преобразовать целлюлозу в биотопливо

В условиях неминуемой угрозы климатического кризиса, нависшей над нашими головами, стало крайне важно разработать эффективные альтернативы ископаемому топливу.

Одним из вариантов является использование чистых источников топлива, называемого биотопливом, которое может быть произведено из таких природных источников, как биомасса. Полимерная целлюлоза на растительной основе является наиболее распространенной формой биомассы в мире и может быть преобразована в сырьевые материалы, такие как глюкоза и ксилоза, для производства биоэтанола (вид биотоплива). Однако этот процесс является сложным из-за жесткой и плотной структуры молекулы, которая делает ее нерастворимой в воде. Химики и биотехнологи во всем мире используют традиционные методы, такие как микроволновое излучение, гидролиз и ультразвуковое излучение, для разрушения этого полимера, но эти процессы требуют экстремальных условий и поэтому являются неустойчивыми.

Целлюлоза в биотопливо

С этой целью в новом исследовании, опубликованном в Energy & Fuels, исследовательская группа в Японии, в состав которой входит доктор Такаясу Кавасаки (Токийский научный университет), доктор Хейшунь Дзэн (Институт перспективной энергетики Киотского университета), профессор Ясуси Хаякава (Лаборатория исследований и применения электронно-лучевых пучков Института квантовой науки Нихонского университета), профессор Тошиаки Ота (SR-центр Рицумейканского университета) и профессор Коичи Цукияма (Токийский научный университет) разработали новую методику разложения целлюлозы.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Эта техника была основана на типе лазера, называемого инфракрасным лазером на свободных электронах (IR-FEL), длина волны которого перестраивается в диапазоне от 3 до 20 мкм. Этот новый метод является перспективной "зеленой" технологией нулевой деградации целлюлозы. Доктор Кавасаки говорит: "Одна из уникальных особенностей IR-FEL заключается в том, что он может индуцировать многофотонное поглощение для молекулы и может изменять структуру вещества". До сих пор эта технология использовалась в основных областях физики, химии и медицины, но мы хотели использовать ее для стимулирования развития технологий защиты окружающей среды".

Ученые знали, что IR-FEL можно использовать для осуществления реакций диссоциации на различных биомолекулах. Целлюлоза - это биополимер, состоящий из молекул углерода, кислорода и водорода, которые образуют ковалентные связи различной длины и углов. Полимер имеет три инфракрасных диапазона на длинах волн 9,1, 7,2 и 3,5 мкм, которые соответствуют трем различным связям: режим растяжения C-O, режим изгиба H-C-O и режим растяжения C-H соответственно. Исходя из этого, ученые облучили порошкообразную целлюлозу, настроив длину волны IR-FEL на эти три длины волн. Затем они проанализировали продукты с помощью таких методов, как масс-спектрометрия ионизации электрораспылением и инфракрасная микроскопия синхротронного излучения, которые показали, что молекулы целлюлозы успешно распадаются на глюкозу и целлобиоз (молекулы-предшественники для производства биоэтанола).

Не только это, но и то, что их продукты были получены с высоким выходом, сделало этот процесс чрезвычайно эффективным. Д-р Кавасаки объясняет: "Это был первый в мире метод эффективного получения глюкозы из целлюлозы с помощью IR-FEL. Поскольку этот метод не требует жестких условий реакции, таких как вредные органические растворители, высокая температура и высокое давление, он превосходит другие традиционные методы".

Помимо производства биотоплива, целлюлоза имеет несколько применений, например, в качестве функциональных биоматериалов в биосовместимых клеточных мембранах, антибактериальных листах и гибридных бумажных материалах. Таким образом, новый метод, разработанный в данном исследовании, многообещающе применим в различных отраслях, таких как здравоохранение, технологии и машиностроение. Более того, доктор Кавасаки оптимистично полагает, что их метод полезен не только для переработки целлюлозы, но и других составляющих древесины, и может оказаться инновационным методом переработки лесной биомассы. В заключение он сказал: "Мы надеемся, что это исследование внесет вклад в развитие общества, свободного от нефти". опубликовано econet.ru по материалам techxplore.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet