Новости химической науки >

Международная группа исследователей разработала метод получения «валериановых топлив» (valeric fuels), представляющих собой новое поколение биодизельного и биобензинового топлив, которые можно получить непосредственно из лигноцеллюлозы.

Одна из насущных проблем современного общества заключается в увеличении энергопотреблении в сочетании с исчерпанием мировых запасов нефти и природного газа. Одним из способов выхода из энергетического кризиса может быть более широкое применение биотоплива – растения, являющиеся сырьем для этого вида топлива, не только представляют собой возобновляемый природный ресурс, но и вносят свой вклад в фиксацию атмосферного углекислого газа и борьбу с парниковым эффектом.

Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2010, doi: 10.1002/anie.201000655

Жан-Поль Ланге (Jean-Paul Lange) с соавторами разработали метод получения нового перспективного класса биотоплив, сырьем для производства которых может служить древесина. Исследователи сообщают, что современные транспортные средства могут использовать это топлива без модификации двигателей, для продажи нового типа топлива могут применяться существующие сети заправочных станций.

Основой для биотоплива первого поколения были углеводы, крахмал и жиры, полученные, главным образом, из однолетних растений. Однако, благодаря тому, что это же сырье преимущественно используются в пищевой промышленности, однолетние масличные и крахмалсодержащие культуры нежелательно применять для изготовления моторных топлив. Альтернативным сырьем может выступать лигноцеллюлоза, образующая клеточные стенки древесных растений. Лигноцеллюлоза распространена, ее получение сравнительно дешево, существует возможность организации получения достаточных количеств лигноцеллюлозы для получения биотоплива. Однако, до настоящего времени для получения биотоплива из лигноцеллюлозы была необходима сложная и дорогая предварительная подготовка сырья.

Тем не менее, известно, что в результате кислого гидролиза из лигноцеллюлозы можно получить левулиновую кислоту; это соединение также можно получить из глюкозы. Левулиновая кислота применяется в качестве добавки в косметические средства, пластмассы и текстиль. Методов превращения левулиновой кислоты в биотопливо до настоящего времени не существовало.

Ланге с соавторами разработали метод гидрирования левулиновой кислоты до валериановой, затем валериановую кислоту вовлекали в реакцию этерификации с образованием валератов (некоторые валераты применяются в качестве искусственных отдушек в парфюмерии и пищевой промышленности). Полученные эфиры валериановой кислоты и представляют собой новый тип топлив – валериановые топлива. В зависимости от спиртов, применявшихся для этерификации, свойства валерианового топлива может соответствовать свойствам биобензинового или биодизельного топлив, а также могут смешиваться с другими существующими типами топлива. Само валериановое топливо или его смеси с бензином или дизтопливом «нефтяного происхождения» могут применяться непосредственно в существующих типах двигателей внутреннего сгорания, для использования нового типа топлива нет необходимости введения в их конструкцию каких-либо изменений.

Валериановые топлива были изучены, и близость их свойств «классическим» была подтверждена. Самый показательный тест таков – десять автомобилей, как старых, так и новых моделей ежедневно заправляли топливной смесью, содержащей наряду с «обычным» бензином 15 объемных процентов валерианового биобензина, после чего автомобили ежедневно покрывали дистанцию в 500 км. После суммарного прохождения всеми участниками «биотопливного автопробега» дистанции в 250000 км ни у одной из машин не было обнаружено повреждений в двигателе, топливном баке или системе подачи топлива.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2010, doi: 10.1002/anie.201000655