將植物變成塑膠——並在此過程中替代石油

一種新的工藝可能使植物成為化學品、塑膠和燃料的根源,而不是石油

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葡萄糖是光合作用的主要碳水化合物產物,也是大多數生物體的主要能量來源。它是一種糖,也是人體的主要燃料來源。並且,由於其普遍存在,它成為替代石油作為燃料、塑膠和其他石油產品的豐富來源的主要候選者。

不幸的是,將這種物質轉化為可用形式仍然是一個困難的過程。例如,使用酸催化劑將其轉化為塑膠的基本構件也會產生一堆雜質(如乙醯丙酸和甲酸)。但現在,位於華盛頓州里奇蘭的太平洋西北國家實驗室(PNNL)的化學家們已經找到了一種有效且清潔地將天然糖轉化為塑膠的方法,使樹木製造特百惠成為可能。

PNNL的化學家康拉德·張和他的同事們測試了各種金屬催化劑——加速化學反應的化合物——以尋找將葡萄糖和其他天然糖轉化為羥甲基糠醛(HMF)的有效方法,羥甲基糠醛是一種可以很容易地轉化為各種化學品和塑膠的分子。


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張說:“由於葡萄糖可以直接從纖維素和澱粉中提取,它是自然界中最豐富的碳水化合物構件。”“來自可再生碳水化合物(如果糖和葡萄糖)的HMF是一種多功能平臺化學品,可以從中生產出數百種其他化學品。”

化學家們在《科學》雜誌上詳細介紹了他們如何使用金屬氯化物——鉻、銅和其他與兩個或多個氯原子配對的金屬——將70%的葡萄糖和近90%的果糖轉化為HMF。他們報告說,氯化鉻(CrCl2)效果最好,顯然是透過提高糖分子開啟並改變其結構中原子位置的能力,儘管確切的機制仍然未知,張說。

這項研究可能成為一種工藝的基礎,該工藝可以將樹木、玉米秸稈和藻類等生物質轉化為化學品、塑膠和燃料的原料,溫度約為100攝氏度(212華氏度),這比石油煉製所需的600攝氏度(1112華氏度)或石油自然形成時必須承受的高溫(以及壓力)要低得多。

張指出:“在全面商業化之前,必須進行許多步驟,包括工藝開發和最佳化。可能需要幾年時間才能達到那個階段。”

最終,在後院燒烤中使用的叉子的塑膠可能就像烤架中的木炭和廚師的滌綸圍裙一樣直接以植物為基礎。“直接利用纖維素生物質生產化學品和燃料是一個具有挑戰性的目標,”張補充說。“我們的研究結果指出了一種從最豐富的可再生資源中生產HMF的潛在工藝。”

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