Znane z kuchennego wyposażenia mikrofale mogą pomóc w dostarczaniu zrównoważonych surowców. Japończycy chcą wykorzystać ten potencjał. Najnowsze rozwiązanie w zakresie konwersji polisacharydów na monosacharydy wykorzystuje właśnie tę technologię. Powstałe cukry proste posłużą do produkcji żywności, leków i procesów chemicznych.
Jak dotąd nie udało się znaleźć efektywnej metody konwersji cukrów w biomasie. Obecne metody są nieefektywne energetycznie lub generują trudne do recyklingowania odpady. Mikrofale mogą to zmienić.
W drodze po zrównoważony surowiec
Badacze z Uniwersytetu Kiusiu w Japonii stworzyli urządzenie łączące w sobie katalizę i technologię znaną z mikrofalówek. W efekcie hydroliza następuje jako proces ciągły, w którym celobioza (disacharyd) jest przepuszczana przez sulfonowany katalizator węglowy podgrzewany mikrofalami. Proces powoduje, że celebioza rozpada się na glukozę, przez co powstaje monosacharyd.
Pomysł zastosowania tej technologii narodził się w zespole badaczy prowadzonym przez prof. Shuntaro Tsubaki z Wydziału Rolnictwa Uniwersytetu Kiusiu. Do przeprowadzenia hydrolizy postanowili wykorzystać katalizatory kwasowe w postaci stałej, ponieważ ciekłe i gazowe są trudniejsze w recyklingu. Jednak stałe katalizatory wymagają wysokich temperatur.
Oto najnowszy numer magazynu „Biomasa i paliwa alternatywne”
– Mikrofale tworzą zlokalizowane wysokotemperaturowe pole reakcyjne na stałym katalizatorze, co może prowadzić do wyższej aktywności katalitycznej przy jednoczesnym utrzymaniu całego układu reakcyjnego w niższej temperaturze – wyjaśnia prof. Tsubaki. – Ponadto możemy zapewnić ciągły przepływ substratu przez naczynie reakcyjne, w którym mikrofale są stosowane do katalizatora, co skutkuje wyższą wydajnością pożądanego produktu – dodaje.
Rola mikrofal polega na tym, że podgrzewają one katalizatory bez lokalnego pola wysokotemperaturowego, czyli bez wpływu na temperaturę całego układu odpowiadającego za reakcję. Rozwiązuje to główny problem, jaki pojawiał się dotąd w odniesieniu do stałego katalizatora – zapotrzebowanie na energię. Niezbędne jest ekstremalne podgrzanie biomasy, a ograniczenie obszaru tego nagrzewania minimalizuje marnotrawienie ciepła.
Urządzenie zbudowano wykorzystując sulfonowany katalizator węglowy, który był podgrzewany do 100-140 ℃ za pomocą mikrofal.
Mikrofale jako wsparcie procesu
Ważnym aspektem urządzenia jest to, że pozwala ono na oddzielenie pola elektrycznego i magnetycznego mikrofal. To pozwala zwiększyć efektywność procesu.
– Mikrofale wytwarzają zarówno pole elektryczne, jak i magnetyczne. Pole elektryczne powoduje ogrzewanie materiałów dipolarnych, takich jak woda. To właśnie ono podgrzewa jedzenie. Z kolei pole magnetyczne indukuje ogrzewanie materiałów przewodzących, takich jak metale i węgiel – mówi Tsubaki. – W naszym urządzeniu byliśmy w stanie zwiększyć aktywność katalityczną poprzez rozdzielenie tych dwóch pól, a następnie wykorzystanie pola elektrycznego do podgrzania ciekłego roztworu celobiozy i jednoczesne wykorzystanie pola magnetycznego do podgrzania katalizatora – dodaje.
Czytaj też: Algi jako źródło bioenergii. Na badania przeznaczą 10 milionów dolarów
Optymalizacja warunków zachodzenia reakcji pozwala zmniejszać straty energii. Mikrofale wykorzystuje się już m.in. w recyklingu tworzyw sztucznych i syntezie organicznej. Zespół ma nadzieję, że opracowana przez nich metoda otworzy nowe drogi dla przemysłu opartego o bardziej zrównoważone surowce dla procesów produkcyjnych.
– Oczekujemy, że nasz system pomoże w rozwoju bardziej zrównoważonej syntezy chemicznej. Chcielibyśmy również zbadać przydatność naszej metodologii do hydrolizy innych polisacharydów, a także białek do produkcji aminokwasów i peptydów – podsumowuje Tsubaki.
Źródło i zdjęcie: Uniwersytet Kiusiu
Newsletter
Bądź na bieżąco z branżą OZE
