Ein neues Papier, erschienen in der ACS Nachhaltige Chemie & Technik Journal, fanden heraus, dass Kiefernnadeln zur Herstellung von erneuerbaren Brennstoffen und wertvollen Chemikalien wie Konservierungsmitteln für die Landwirtschaft verwendet werden könnten, wobei nur Wasser als Lösungsmittel verwendet wird.
Zwischen 6 und 8 Millionen echte Weihnachtsbäume werden jedes Jahr in Großbritannien verkauft, wobei geschätzte sieben Millionen am Ende der Weihnachtszeit auf der Deponie landen.
Dies ist nicht nur kostspielig, sondern jeder Baum setzt, sobald er auf der Deponie ist, bei seiner Zersetzung 16 kg Treibhausgase frei, wodurch Methangas entsteht, das 25-mal stärker ist als Kohlendioxid (CO2).
Frühere Untersuchungen der Universität aus dem Jahr 2018 ergaben, dass nützliche Produkte aus den Chemikalien hergestellt werden könnten, die bei der Verarbeitung aus Kiefernnadeln extrahiert werden. Die Studie aus dem Jahr 2018 stellte fest, dass die chemische Struktur von Kiefernnadeln mit Hilfe von Hitze und Lösungsmitteln in ein flüssiges Produkt (Bio-Öl) zerlegt werden könnte, das zur Herstellung von Süßungsmitteln, Farben, Klebstoffen und Essig verwendet werden könnte und a festes Nebenprodukt (Biokohle), das in anderen industriellen chemischen Prozessen verwendet werden könnte.
Die Forschung in diesem neuen Papier baut auf diesem früheren Forschungsprojekt der Universität auf. Es wurde von María Andérez-Fernández, einer Ph.D. der Universität von Valladolid, durchgeführt. Student, der zu der Zeit, als ein Großteil der Forschung durchgeführt wurde, das Department of Chemical and Biological Engineering der University of Sheffield besuchte, unter der Leitung von Dr. James McGregor.
Dr. McGregor, Senior Lecturer am Department of Chemical and Biological Engineering, sagte: „Eines der Dinge, die wir tun, wenn wir Kohlendioxid zur Abscheidung von CO2 reagieren lassen, ist die Verwendung eines Metalls, um die Reaktion zu fördern. Dies kann ineffizient und teuer sein Wir sind auf einige der Arbeiten zurückgegangen, die wir zuvor mit Kiefernnadeln durchgeführt haben, weil wir erkannt haben, dass wir diese möglicherweise verwenden könnten, um die Umwandlung des Kohlendioxids in Ameisensäure zu fördern.
Diese veröffentlichte Arbeit demonstriert, wie die Reaktion von Kohlendioxid und Wasser bei hohen Temperaturen zu nützlichen Produkten führen kann.
Maria Andérez-Fernández sagte: „Wir fanden heraus, dass wir anstelle der Reaktion von Metall und Kohlendioxid Kohlendioxid mit Kiefernnadeln und Wasser bei hohen Temperaturen reagieren lassen konnten und ein Bruchteil der Kiefernnadeln sich in das gleiche Produkt wie CO2 umwandeln würde.
„Kohlendioxid wird als Natriumbicarbonat eingeführt, das allgemein als Backpulver oder Natron bekannt ist. Diese Co-Umwandlung mit eingefangenem Kohlendioxid, die wir zuvor in der vorherigen Kiefernnadelforschung nicht hatten, hat ergeben, dass die beiden Dinge die verbessern Umwandlung voneinander, was es effizienter macht und in diesem Fall mehr aus dem Endprodukt – Ameisensäure – macht.
Ameisensäure hat viele Anwendungen, sie kann in Brennstoffzellen zum Speichern und Transportieren von Wasserstoff verwendet werden, der dann als Energiequelle genutzt werden kann und eine saubere Alternative zu fossilen Brennstoffen darstellt, da es keine schädlichen Emissionen verursacht.
Es wird auch häufig als Konservierungsmittel für Lebensmittel und als antibakterielles Mittel in Viehfutter sowie bei der Herstellung von Leder und Gummi verwendet.
Maria fügte hinzu: „Mit diesen Ergebnissen legt diese Studie eine neue Strategie für die Verwertung von CO2 und Restbiomasse (den Prozess der Wiederverwendung von Abfallstoffen und deren Umwandlung in nützlichere Produkte) fest, um erneuerbare Kraftstoffe und Chemikalien mit Mehrwert herzustellen, wobei nur Wasser als Rohstoff verwendet wird Lösungsmittel und eine simultane Reaktion hervorrufen, die den Prozess vereinfacht und effizienter macht.“
Die Studie befasste sich mit der Verwendung verschiedener Abfallmaterialien – Zuckerrohr sowie Kiefernnadeln – und kam zu dem Schluss, dass Zuckerrohr zwar effektiver funktionierte, Raffinerien jedoch gemischte Biomasse-Rohstoffe zu verschiedenen Jahreszeiten verwenden könnten, wenn beispielsweise verschiedene Abfallprodukte häufiger vorkommen Kiefernnadeln im Januar.
Dr. McGregor fügte hinzu: „Dies könnte eine Herausforderung für das Prozessdesign darstellen, da Raffinerien derzeit das ganze Jahr über konstante Rohstoffe verwenden. Wenn sich also das, was Sie als Ihre Reaktanten einspeisen, im Laufe des Jahres ändert, müsste dies gebaut werden Aber es ist ein Ort, an den wir gerne gelangen würden, damit wir im Januar die Millionen von Kiefernnadeln verwenden, die leicht verfügbar sind, anstatt sie auf die Mülldeponie zu bringen.“
Wenn Kiefernnadeln nach Weihnachten gesammelt und auf diese Weise verarbeitet würden, könnten die Chemikalien verwendet werden, um weniger nachhaltige Chemikalien zu ersetzen, die derzeit in der Industrie verwendet werden.
Dies könnte zu einer Verringerung des CO2-Fußabdrucks Großbritanniens führen, indem die Verwendung von künstlichen Weihnachtsbäumen auf Kunststoffbasis reduziert wird, die Menge an Biomasseabfällen, die auf Deponien entsorgt werden, reduziert wird und möglicherweise geschätzte 100.000 Tonnen Treibhausgase eingespart werden, die derzeit jedes Jahr durch Deponien freigesetzt werden Weihnachtsbäume.
Mehr Informationen:
María Andérez-Fernández et al, Synergistic Hydrothermal Conversion of Aqueous Solutions of CO2 and Biomass Waste Liquefaction into Formiate, ACS Nachhaltige Chemie & Technik (2022). DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c06218