Отходы — в доходы!
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).