Отходы - в доходы!

(«ХиЖ», 2012, №10)

Долго ученые пытались всеми силами предотвратить образование отходов — это один из принципов зеленой химии. Но сейчас акцент смещается скорее в сторону правильного их использования — ведь некоторые отходы неизбежно образуются. В первую очередь речь идет о сельскохозяйственной биомассе, то есть об органике, которая остается, когда из растений извлекли то, ради чего их вырастили. Ее, равно как и твердые бытовые отходы, можно превращать в самые разнообразные химические продукты. Кстати, это практически всегда мультидисциплинарная задача, здесь нужны усилия химиков, биологов и технологов.

Сельскохозяйственных отходов много и они разные, но их объединяют в четыре большие группы по типу сырья, которое из них можно получить: полисахариды, лигнин, триглицериды (из жиров и масел), белки. К сожалению эффективной технологии расщепления лигнина на полезные ароматические фрагменты до сих пор нет. Зато дальнейшая обработка полисахаридов, триглицеридов и белков приводит к получению тех составных блоков, из которых они построены — моносахаридов, жирных кислот и глицерина, а также аминокислот.

В отходах спрятан огромный сырьевой потенциал — каждый год их образуется сотни мегатонн (Мт), то есть больше 108 тонн. Если думать о нормальной биоэкономике, основанной на отходах, то и продукты из них надо получать крупнотоннажные, то есть те, которые удовлетворят нужды промышленности. В первую очередь это: смазочные материалы, поверхностно-активные вещества, мономеры для получения пластиков и волокон, промышленные растворители. «Тонкая» химия (то есть сложные химические вещества, которые производят не в таких больших объемах) также экономически выгодна и важна, но спрос на нее невелик, поэтому она не так влияет на устойчивость химической промышленности в целом.

Самые крупные источники углеводородов и лигнина - это лигниноцеллюлозные остатки, мировой объем которых превосходит 2х1011 тонн/год. Пока исследования с лигнином не сильно продвинулись, все-таки что-то новое появляется — например, новые катализаторы. Еще в мире производится примерно 120 Мт рисовой шелухи в год (на каждые 4 т риса — тонна лузги), причем из всего объема используют сегодня только пятую часть, тогда как еще 100 Мт можно преобразовать в химические продукты. Ежегодно у человечества появляется 220 Мт жмыха сахарного тростника, поскольку с каждой тонны сахарного тростника получается 135 кг сахара и 130 кг жмыха. Большинство сахарных заводов жгут его — он им служит как источник энергии, но все же его остается достаточно, чтобы получать и химические продукты.

Твердые бытовые отходы — кладезь полезных веществ. Так, большая их часть состоит из бумаги и органических отходов (24 и 38% в США). Вообще-то в мире достаточно бумажных отходов, чтобы только из них каждый год получать 65 Мт этанола. Кроме того, в твердых бытовых отходах есть и другие полезные вещества — например, полистирол и другие пластмассы. Непроданные или неиспользованные продукты питания в развитых странах — еще один источник биомассы.

Урбанизация происходит так быстро, что, возможно, скоро бытовые отходы выйдут на первый план и по объему, и по значимости. Это особенно вероятно в экономически развивающихся странах, где в отходах выше содержание органических веществ. Кто еще недавно мог бы подумать, что будет прибыльно перевозить из Италии в Роттердам морем домашние отходы, по 200000 тонн в год, чтобы получать на голландских электростанциях дополнительную мощность?


Подробнее об этом можно прочитать в статье C.O.Tuck, E.Perez, I.T.Horvath, R.A.Sheldon, M.Poliakoff «Valorization of Biomass: deriving more value from waste» («Science», 2012, т. 337, № 6095, с. 695—699).

123

Разные разности

07.07.2020 18:00:00

…проект ИТЭР по созданию крупнейшего в мире термоядерного реактора прошел важную веху — на место установлено основание криостата, самая большая и тяжелая часть токамака...

…созданы структуры для фотосинтеза, более эффективного, чем природный, — капли размером с клетку, содержащие мембраны хлоропластов шпината и компоненты ферментативного цикла для синтеза органических молекул из углекислого газа…

…каждая третья женщина европейского происхождения имеет «неандертальский» вариант рецептора гормона прогестерона, связанный с повышенной рождаемостью, более редким кровотечением на ранних сроках беременности и меньшим количеством выкидышей…


>>
20.05.2020 18:30:00

Вакцины – какие, сколько и на какой стадии?

Даже когда острая фаза пандемии COVID-19 закончится и меры карантина больше не будут нужны, сам вирус никуда не денется, а продолжит жить среди нас. Самый эффективный способ от него защититься – сделать вакцину.

>>
18.05.2020 19:00:00

Коронавирусы: в семье не без урода

Найдены молекулярные отличия более патогенных коронавирусов от менее патогенных. Пока не вполне ясно, как эти отличия работают. Но возможно ученые смогут понять, почему настолько похожие инфекционные агенты приводят к таким разным последствиям для человека.

>>
13.05.2020 17:00:00

…из-за снижения транспортных потоков во время пандемии коронавируса уменьшились сейсмические шумы в коре Земли; специалисты считают, что это облегчит мониторинг слабых землетрясений, вулканической активности и других сейсмических событий...

…6 марта с мыса Канаверал стартовала миссия Space X CRS-20, которая доставит на МКС 250 пробирок со стволовыми клетками человека; на протяжении месяца они будут развиваться в кости, хрящи и другие ткани в условиях невесомости...

…по мере того как на рынок выходят художественные произведения, разработанные с помощью генеративных алгоритмов и когнитивной робототехники, встает вопрос об авторском праве на них…

>>
05.05.2020 17:00:00

Смартфон может незаметно передавать секретные сведения посторонним через неучтенную разработчиками прореху на границе между столом и смартфоном. Как же это может быть? Ответ в ходе серии экспериментов получили исследователи из Вашингтонского университета.

>>