Biofornyelig proces kan hjælpe grøn plast

Da John Wesley Hyatt patenterede den første industrielle plast i 1869, hans hensigt var at skabe et alternativ til elefantmosken elfenben, der blev brugt til at lave klavernøgler. Men denne tidlige plastik udløste også en revolution i den måde, folk tænkte på fremstilling:Hvad hvis vi ikke var begrænset til de materialer, naturen havde at tilbyde?

Over et århundrede senere, plast er en rigelig del af dagligdagen. Men denne plast er ofte afledt af råolie, bidrager til afhængighed af fossile brændstoffer og driver skadelige drivhusgasemissioner. For at ændre det, Great Lakes Bioenergy Research Center (GLBRC) forskere forsøger at tage plastens smidige karakter i en anden retning, udvikle nye og vedvarende måder at skabe plast fra biomasse.

Ved hjælp af et plante-afledt opløsningsmiddel kaldet GVL (gamma-Valerolactone), University of Wisconsin-Madison Professor i kemisk og biologisk teknik James Dumesic og hans team har udviklet en økonomisk og højtydende måde at producere furandicarboxylsyre, eller FDCA. En af 12 kemikalier, som det amerikanske energiministerium kalder kritisk for at smede en "grøn" kemisk industri, FDCA er en nødvendig forløber for en fornybar plast kaldet PEF (eller polyethylenfuranoat) samt til en række polyestere og polyurethaner.

Forskerne offentliggjorde deres fund 19. januar, 2018 i journalen Videnskab fremskridt .

Som den biobaserede erstatning for PET (polyethylenterephthalat)-det er meget udbredt, petroleumsafledt modstykke-PEF er rig på potentiale. PET har i øjeblikket en efterspørgsel på markedet på tæt på 1,5 milliarder tons om året, og Coca-Cola, Ford Motors, H.J. Heinz, Nike og Procter &Gamble har alle forpligtet sig til at udvikle en bæredygtig, 100 procent plantebaseret PET til deres flasker, emballage, beklædning og fodtøj. PEFs potentiale til at bryde ind på det store marked, imidlertid, er blevet hæmmet af de høje omkostninger ved at producere FDCA.

"Indtil nu, FDCA har haft en meget lav opløselighed i praktisk talt ethvert opløsningsmiddel, du gør det i, "siger Ali Hussain Motagamwala, en UW-Madison kandidatstuderende i kemisk og biologisk teknik og medforfatter af undersøgelsen. "Du skal bruge meget opløsningsmiddel for at få en lille mængde FDCA, og du ender med høje separationsomkostninger og uønskede affaldsprodukter. "

Motagamwala og kollegers nye proces begynder med fructose, som de konverterer i en totrinsproces til FDCA i et opløsningsmiddelsystem, der består af en del GVL og en del vand. Slutresultatet er et højt udbytte af FDCA, der let adskilles fra opløsningsmidlet som et hvidt pulver ved afkøling.

"Brug af GVL -opløsningsmidlet løser de fleste problemer med produktionen af ​​FDCA, "siger Motagamwala." Sukkerarter og FDCA er begge meget opløselige i dette opløsningsmiddel, du får høje udbytter, og du kan let adskille og genbruge opløsningsmidlet. "

Andre funktioner i processen bidrager til dens robuste økonomi. Systemet kræver ikke dyre mineralsyrer til katalyse, producerer ikke affaldssalte, og du kan adskille FDCA -krystallerne fra opløsningsmidlet ved blot at afkøle reaktionssystemet.

Teamets teknoøkonomiske analyse tyder på, at processen i øjeblikket kunne producere FDCA til en minimumssalgspris på $ 1, 490 pr. Ton. Med forbedringer, herunder at sænke omkostningerne ved råvarer og reducere reaktionstiden prisen kunne nå $ 1, 310 pr. Ton, hvilket ville gøre deres FDCA omkostningskonkurrencedygtige med nogle fossile brændstofafledte plastforstadier.

"Vi synes, det er den strømlinede og billige tilgang til at lave FDCA, som mange mennesker i plastindustrien har ventet på, "siger Dumesic." Vores håb er, at denne forskning åbner døren endnu mere for konkurrencedygtige vedvarende plastmaterialer. "

Wisconsin Alumni Research Foundation arbejder på at licensere GVL -teknologi til brug i produktion af bioplast.