Новая работа, опубликованная в журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering, показала, что сосновая хвоя может быть использована для производства возобновляемого топлива и химических веществ с добавленной стоимостью, таких как консерванты, применяемые в сельском хозяйстве, с использованием только воды в качестве растворителя.

Ежегодно в Великобритании продается от 6 до 8 миллионов настоящих рождественских елок, из которых около семи миллионов попадают на свалку по окончании праздничного периода.

Это не только дорого, но и то, что, попадая на свалку, каждая елка при разложении выделяет 16 кг парниковых газов, производя газ метан, который в 25 раз мощнее углекислого газа (CO2).

Ранее проведенное в 2018 году исследование университета показало, что из химических веществ, извлеченных из хвои при переработке, можно изготавливать полезные продукты. С помощью тепла и растворителей в исследовании 2018 года было установлено, что химическая структура хвои может быть разложена на жидкий продукт (биомасло), который может быть использован в производстве подсластителей, красок, клея и уксуса, и твердый побочный продукт (биосахар), который может быть использован в других промышленных химических процессах.

Исследование, о котором идет речь в новой работе, основывается на предыдущем исследовательском проекте университета. Оно было выполнено Марией Андрес-Фернандес, аспиранткой Университета Вальядолида, которая в то время, когда проводилась большая часть исследования, гостила на факультете химической и биологической инженерии Университета Шеффилда под руководством доктора Джеймса МакГрегора.

Доктор МакГрегор, старший преподаватель кафедры химической и биологической инженерии, сказал: "Одна из вещей, которые мы делаем при реакции с углекислым газом для улавливания CO2, - это использование металла для стимулирования реакции. Это может быть неэффективно и дорого, поэтому мы вернулись к ранее проделанной работе с сосновыми иглами, поскольку поняли, что потенциально можем использовать их для стимулирования превращения углекислого газа в муравьиную кислоту".

Эта опубликованная работа демонстрирует, как реакция двуокиси углерода и воды при высоких температурах может привести к получению полезных продуктов.

Мария Андрес-Фернандес говорит: "Мы обнаружили, что вместо того, чтобы реагировать с металлом и углекислым газом, мы можем реагировать с сосновыми иголками и водой при высоких температурах, и часть сосновых иголок превратится в тот же продукт, что и CO2".

"Диоксид углерода вводится в виде бикарбоната натрия, широко известного как пищевая сода или бикарбонат натрия. Эта совместная конверсия с уловленным диоксидом углерода, которой не было в предыдущих исследованиях сосновой хвои, показала, что эти две вещи усиливают конверсию друг друга, делая ее более эффективной, и в этом случае получается больше конечного продукта - муравьиной кислоты".

Муравьиная кислота имеет множество применений, она может использоваться в топливных элементах для хранения и транспортировки водорода, который затем может использоваться в качестве источника энергии, предлагая чистую альтернативу ископаемому топливу, поскольку не имеет вредных выбросов.

Он также широко используется в качестве консерванта для продуктов питания и антибактериального агента в кормах для скота, а также при производстве кожи и резины.

Мария добавила: "Благодаря этим результатам, данное исследование устанавливает новую стратегию валоризации CO2 и остатков биомассы (процесс повторного использования отходов и преобразования их в более полезные продукты) для производства возобновляемого топлива и химических веществ с добавленной стоимостью, используя только воду в качестве растворителя и производя одновременную реакцию, которая упрощает процесс и делает его более эффективным".

В исследовании рассматривалось использование различных отходов - сахарного тростника, а также сосновой хвои - и был сделан вывод, что хотя сахарный тростник работает более эффективно, нефтеперерабатывающие заводы могут использовать смешанное сырье из биомассы в разное время года, когда различных отходов больше, например, использовать сосновую хвою в январе.

Доктор МакГрегор добавил: "Это может создать проблему при разработке технологического процесса, поскольку в настоящее время нефтеперерабатывающие заводы используют сырье, неизменное в течение года. Поэтому, если то, что вы подаете в качестве реактивов, меняется в течение года, это придется учитывать. Но мы хотели бы достичь такого уровня, чтобы в январе мы использовали миллионы сосновых иголок, а не отправляли их на свалку".

Если бы хвою собирали после Рождества и перерабатывали таким образом, химические вещества можно было бы использовать для замены менее экологичных химикатов, используемых в настоящее время в промышленности.

Это может привести к снижению углеродного следа в Великобритании за счет сокращения использования искусственных рождественских елок на основе пластика, уменьшения количества отходов биомассы, отправляемых на свалку, и потенциальной экономии примерно 100 000 метрических тонн парниковых газов, которые в настоящее время ежегодно выбрасываются на свалку рождественскими елками.