В России производят примерно 3,5 млн тонн этилена ежегодно. Это вещество служит ключевым сырьем для полиэтилена, пластмасс, резины, уксусной кислоты, антифриза и автомобильных шин. Новаторское предложение сибирских ученых: производить ценный этилен из овсяной шелухи!
Шелуха: не мусор, а ценный биоресурс
После обработки овса на кашу, муку или мюсли очищенные зерна используют, а шелуха зачастую пропадает. Ученые предлагают эффективно перерабатывать ее в биоэтилен. Префикс "био-" здесь указывает на использование возобновляемых ресурсов, что является альтернативой нефтехимическому сырью.
Экологический вызов становится возможностью
Овес — крайне популярная зерновая культура. Переработка оставляет большое количество шелухи на элеваторах, создавая экологические трудности из-за отсутствия применения. Высокая зольность делает ее проблемной: сжигание приводит к поломкам печей, так как зола плавится и затвердевает, образуя плотный, негорючий материал.
Перспективы Сибири: интервью со специалистом
"Сибирь играет ведущую роль в производстве овса России, — поясняет Елена Овчинникова, старший научный сотрудник Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, к.т.н. — Только в Алтайском крае остается свыше 200 тысяч тонн шелухи ежегодно, потенциально трансформируемой в 14,5 тысяч тонн этилена! По всему СФО резервов хватит на 130 тысяч тонн C2H4, что открывает блестящие перспективы для региона".
Революционный метод на возобновляемой основе
Использование возобновляемых ресурсов для выпуска традиционных веществ — тренд будущего. Он позволяет организовывать локальные предприятия, независимые от крупных нефтехимических кластеров. Эта технология успешно работает с сахарным тростником в теплых странах. Для Сибири же идеальным ресурсом выглядит овсяная шелуха!
Ее преимущества очевидны: удельный выход биоэтилена превосходит показатели тростника! Экономические плюсы также значительны: затраты на выращивание овса полностью компенсируются продукцией его переработки, включая и шелуху.
Междисциплинарный прорыв: технология конверсии
"Суть технологии конверсии прозрачна: трансформация твердого вещества в жидкое, а жидкого — в газообразное, — рассказывает Ольга Байбакова, младший научный сотрудник Института проблем химико-энергетических технологий СО РАН (Бийск), к.т.н. — Сначала мы в ИПХЭТ СО РАН производим биоэтанол из целлюлозной шелухи. Затем специалисты Института катализа преобразуют этот биоэтанол в ценный биоэтилен".
Ведущий вклад в разработку внесли также Вера Будаева, зав. лаб. биоконверсии ИПХЭТ СО РАН, к.х.н., и Екатерина Скиба, старший научный сотрудник ИПХЭТ СО РАН, к.т.н.
Превращаем тончайшие пластинки овсяной шелухи длиной до 12 мм в отличные сбраживаемые сахара — глюкозу, целлобиозу и другие! В ИПХЭТ СО РАН применяют предварительную щелочную обработку шелухи овса с последующим осахариванием полупродукта. Так основной компонент — целлюлоза — превращается в глюкозу, которая к тому же служит превосходной питательной средой для микроорганизмов, производящих этанол.
Далее идет привычное многим спиртовое брожение, в ходе которого глюкоза становится этанолом, этиловым спиртом. А заветный этилен с выделением формулы C2H5OH получают через дегидратацию этанола при около 400 градусов С с применением высокоэффективного катализатора!
Выгодный Катализатор и Трубчатый Реактор
Процесс дегидратации идет с выгодным катализатором на основе модифицированных кислотой оксидов алюминия (Al2O3). Финал процесса — получение ценного биоэтилена каталитическим способом — идет в трубчатом реакторе. Расположенный внутри трубок катализатор отлично взаимодействует с теплоносителем, циркулирующим в межтрубном пространстве, прекрасно обеспечивая нужный подвод тепла.
Концентрированный Этанол и Пилотная Установка
"Наша технология получения этилена базируется на концентрированном этаноле (94-96 %)", — рассказывает перспективный аспирант и младший научный сотрудник ИК СО РАН Сардана Пурбуевна Банзаракцаева. "Использование концентрированного C2H5OH очень перспективно для промышленного использования, ведь оно дает больший объем C2H4 на компактном оборудовании. Именно в Кристаллографии создана пилотная установка, производящая 1-2 кг превосходного биоэтилена в час, использующая всего до 0,5 кг катализатора!"
Биоэтилен и СВМПЭ: Прекрасные Перспективы
Специалисты ИК СО РАН провели успешное сравнение биоэтилена с промышленным аналогом. Синтез сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) подтвердил: образцы по молекулярной массе и термофизическим свойствам аналогичны полученным из "нефтяного" C2H4! Выход СВМПЭ из биоэтилена хоть и пока ниже, но его можно отлично повысить при более глубокой очистке от кислородсодержащих примесей прямо на производстве.
Зеленый Этилен: Светлое Будущее Высокотехнологичных Материалов
"Каталитический метод получения "зеленого" этилена из этанола открывает широкие перспективы для создания сверхэффективных производств С2H4 специального назначения", — подчеркивает руководитель группы ИК СО РАН, к.т.н. Виктор Анатольевич Чумаченко. "Пример — компактные производства инновационных композитных материалов на основе углеродных нанотрубок в полимерных матрицах. Им найдется отличное применение в кабельной индустрии, строительстве и многих других передовых областях!"
Мискантус — Великолепное Сырье Будущего
Отличным сырьем для высококачественного биоэтилена выступают специально культивируемые высокоцеллюлозные травы. Настоящей гордостью Сибирского отделения РАН стал сорт мискантуса 'Сорановский', который успешно выращивают специалисты ФИЦ ИЦиГ СО РАН. Формирование его превосходной коллекции — заслуга Центрального сибирского ботанического сада СО РАН.
Неудивительно, что несколько сильнейших научных коллективов объединились для создания полного цикла получения С2H4 из перспективного мискантуса! Мощный совместный проект "Фундаментальные основы получения этилена из мискантуса" успешно ведет консорциум институтов СО РАН (ИЦиГ, ЦСБС, ИПХЭТ, ИК) под руководством академика Г.В. Саковича. Он реализуется в рамках передовой программы "Междисциплинарные интеграционные исследования" Комплексной программы фундаментальных научных исследований СО РАН на 2018-2020 гг.
"Из мискантуса возможно производить больше биоэтилена, чем из овсяной шелухи. Однако его выращивание требует дополнительных сельскохозяйственных площадей, в отличие от овса, который уже культивируется на существующих полях", — поясняет Елена Овчинникова. — "Наши расчеты показывают: данная технология позволяет ежегодно получать 10-20 тысяч тонн этилена. Подобные решения особенно важны для предприятий, нуждающихся в автономном источнике биоэтилена из-за географической удаленности или технологических особенностей. Создание продукции из возобновляемого непищевого сырья сегодня стало ключевым шагом к развитию инновационных производств".
Источник: scientificrussia.ru
