Resztki biomasy — odpadki z upraw czy przemysłu spożywczego — mogą być przekształcane w cenne produkty: cukry proste czy ważne surowce chemiczne, przy minimalnym wpływie na środowisko. Naukowcy z Uniwersytetu Kyushu już teraz wprowadzają to w życie, opracowując unikalne urządzenie wykorzystujące mikrofale i katalizatory do wydajnej konwersji biomasy.
Biomasa od dawna stanowi obiekt zainteresowania naukowców, szczególnie w kontekście przekształcania cukrów złożonych w proste monosacharydy. Te ostatnie są kluczowe w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym oraz chemicznym. Problem polega jednak na tym, że procesy te wymagają wysokich temperatur i tradycyjnie wykorzystują ciekłe lub gazowe katalizatory kwasowe, które trudno poddać recyklingowi. Inne rozwiązania również są problematyczne — jednak okazuje się, że sprzymierzeńcem w procesie uzyskiwania cennych produktów z biomasy może nam pomóc coś, co jest obecne w technice obróbki żywności w niemal każdej kuchni.
Zespół naukowców pod kierunkiem profesora Shuntaro Tsubakiego sięgnął po... mikrofale: jednak nieco bardziej zaawansowane, niż te w kuchenkach. Okazuje się, że mogą skutecznie podgrzewać katalizatory, generując lokalne pola wysokotemperaturowe bez konieczności ogrzewania całego "układu" odpowiadającego za reakcję. W praktyce oznacza to większą wydajność przy niższym zużyciu energii. A to właśnie konieczność ekstremalnego podgrzania biomasy (i użycie sporych ilości energii) było sporym problemem w kontekście wykorzystania biomasy.
Stworzone przez badaczy urządzenie łączy dwa elementy: sulfonowany katalizator węglowy oraz sprzęt precyzyjnie sterujący mikrofalami. Substratem modelowym została celobioza (disacharyd zbudowany z dwóch cząsteczek glukozy), przepływał on przez katalizator podgrzewany za pomocą mikrofal do temperatury 100-140 °C. W wyniku hydrolizy ów polisacharyd został rozłożony na glukozę — znany chyba wszystkim, cukier prosty.
Ciekawym aspektem systemu jest możliwość oddzielenia pola elektrycznego i magnetycznego generowanego przez mikrofale. Pole elektryczne podgrzewa roztwór celobiozy, natomiast pole magnetyczne skutecznie podgrzewa sam katalizator. To zaś pozwala na uzyskanie optymalnych warunków reakcji, redukując jednocześnie straty energii. Mikrofale z powodzeniem wykorzystuje się już w recyklingu tworzyw sztucznych oraz syntezie organicznej, ale ich implementacja w konwersji biomasy może okazać się prawdziwym "gamechangerem".
Technologia mikrofalowa w konwersji biomasy otwiera drzwi do prawdziwie ekologicznego procesu recyklingu rzeczy, które jeszcze do niedawna uznawaliśmy za niepotrzebne odpadki. Przede wszystkim umożliwia redukcję zużycia energii oraz zapewnia nam możliwość pozbycia się sporej ilości resztek. Właściwie cały system — włącznie z katalizatorami — łatwiej będzie poddać recyklingowi. Na razie nie wiadomo, jak ze skalą konwersji biomasy — pomimo wysokiej wydajności w warunkach laboratoryjnych, konieczne będzie sprawdzenie, jak system sprawdzi się w zastosowaniach przemysłowych.
Czytaj również: Zaczyna się wyścig o dostarczanie energii prosto z kosmosu
Zespół z Uniwersytetu Kyushu planuje rozszerzenie badań na inne polisacharydy oraz białka, co może nam ogromnie pomóc w produkcji aminokwasów i peptydów. Połączenie technologii mikrofalowej z odnawialnymi źródłami energii może być ważnym krokiem w kierunku prawdziwie ekologicznego przemysłu dedykowanego konwersji odpadów.
Rozwiązanie łączące mikrofale i katalizatory konwersji, może być przełomem dla przemysłu chemicznego, który od lat interesuje się kwestią biomasy. Wszystko to przybliża nas do przyszłości, w której jesteśmy w stanie "wyciągnąć" z pozornie niepotrzebnych rzeczy naprawdę wiele. To także dowód na to, że nauka pozwala nam przekraczać coraz to nowe granice. Pozostaje się tylko cieszyć z tak ważnego odkrycia — ono tylko z pozoru jest "skromne".
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
