Группа учёных из Национального исследовательского Томского государственного университета и Индийского технологического института в Индоре разработала эффективную технологию получения ценных веществ из отходов биомассы.
Выброшенная пища и отходы растительной промышленности — источники биомассы, в огромных количествах переполняющей свалки. Меж тем русско-индийская группа исследователей пришла к выводу, что отходы могут стать источником ценных соединений, и получение некоторых веществ из биомассы может быть экономически выгоднее в сравнении с существующими методами. Но особенно важно, что такая технология поможет сделать чище окружающую среду.
Это стало одной из тем обсуждения на круглом столе «Успешно реализованные международные научно-исследовательские проекты в рамках программы двух- и многостороннего научно-технического взаимодействия» в рамках Международного форума технологического развития «Технопром-2024», открывшегося в Новосибирске 27 августа. Проект получил финансирование Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».
Учёные разработали технологическую цепочку переработки сырья, преобразующую бесполезные отходы в целый ряд ценных соединений, таких как глюконовая и глюкаровая кислоты, сорбитол и биоводород.
Российские участники проекта в основном фокусируются на получении глюконовой и глюкаровой кислот и разработке новых катализаторов.
В первую очередь авторы разработки предлагают перерабатывать целлюлозу и другие соединения из биомассы в техническую глюкозу. Из глюкозы же можно получать глюконовую кислоту с помощью новых катализаторов либо выработать биоводород путём электролиза.
«Ценность глюконовой кислоты очень высока: она применяется в косметической, пищевой, фармацевтической промышленности, — комментирует работу заведующая кафедрой природных соединений, фармацевтической и медицинской химии Национального исследовательского Томского государственного университета, доктор физико-математических наук Ирина Александровна Курзина. — На сегодняшний день для её получения в промышленных масштабах используется только микробиологический синтез. В качестве альтернативы мы предлагаем применять катализаторы на основе палладия. В частности, в рамках проекта нами был разработан катализатор, промотированный висмутом, который показал достаточно высокую эффективность».
По словам авторов проекта, получение глюконовой кислоты таким методом оказывается более экономически эффективным в сравнении с микробиологическим способом.
Новая технология позволяет создавать каталитические системы на основе биметаллических частиц из палладия и висмута размером до 5 нм. Коллеги из Сколтеха помогли учёным в расчётах — вычислили оптимальное отношение палладия к висмуту в частицах, оно составило 3:1. Атомы висмута выступают в роли «защитников» палладия от суперокисления. Учёные также оптимизировали pH и температуру протекания реакции. Процесс идёт достаточно эффективно, позволяя получать глюконовую кислоту со стопроцентным выходом.
А глюкаровая кислота может превращаться в широкий спектр товарных химикатов в пищевой и бумажной промышленности, а также применяться для профилактики рака и борьбы с ним.
Индийские учёные сосредоточены на переработке биомассы в глюкозу и получении биоводорода путём электролиза с подбором наиболее подходящих электродов. Ирина Курзина сообщила, что уже показана эффективность электролитического разложения растворов глюкозы, характеризующегося высоким выходом водорода и меньшими энергозатратами относительно электролитического разложения воды. Технологический регламент всей цепочки получения биоводорода и глюконовой кислоты путём разложения отходов биомассы будет выработан к концу проекта.
Остаётся напомнить, что в Индии, в районе Мирзапур штата Уттар-Прадеш, создаётся завод по производству водорода из биомассы, который может перерабатывать до 30 тонн в день. Индия стремится стать энергонезависимой к 2047 году и достичь нулевого уровня выбросов к 2070 году.
А в России существуют пилотные проекты получения биогаза при переработке отходов.