Серьезной проблемой конверсии биомассы является "упрямство" растительного материала, проявляющееся в неспособности быстрой и экономичной трансформации комплексной матрицы карбогидратов в стенках клеток растений непосредственно в полезные соединения и транспортные топлива. Исследователи использовали несколько физических, химических и биологических подходов, чтобы преодолеть непокорную проблему, включая технику пиролиза, разработанную Хьюбером и аспирантом Тореном Р. Карлсоном и Тушаром П. Виспутом.

Пиролиз - это хорошо изученный метод, который включает в себя нагревание твердого органического материала, включающего промышленные и сельскохозяйственные отходы. При высокой температуре в отсутствие кислорода. Процесс разлагает органический материал на множество жидких углеводородов.

Исследователи из Университета Массачусетса распределили необходимые условия реакции для контроля пиролиза порошкообразной целлюлозы и других карбогидратов на основе биомассы, смешанных с мелкими частицами цеолитного катализатора ZSM5. Сначала целлюлоза разлагается на летучие кислородсодержащие органические компоненты, которые затем входят в полость цеолита и селективно подвергаются действию декарбонилирования, дегидратации, олигомеризации и других реакций, говорит Хьюбер. Процесс занимает менее двух минут и проходит при 600 °C в специальном реакторе и производит четкий набор ароматических соединений, включая нафталин, этилбензол, толуол и бензол. В качестве побочных продуктов можно выделить кокс, H2O, CO, и CO2.

Хьюбер со своими аспирантами Хаканом Олкаем и Виспутом (слева направо), с бутылочкой, содержащей катализаторы, используемые для создания зеленого топлива.

Процесс, однако, имеет несколько предостережений. Например, исследователи начали работу с очищенной целлюлозы, но не с биомассы. К тому же по законам США, регулирующих здравоохранение и защиту окружающей среды, бензиновые смеси могут иметь в своем составе не более 25% ароматических соединений, включающих не более 1% бензола.

Хьюбер говорит, что использование сырой биомассы должно привести к подобным результатам, полученным для чистой целлюлозы при оптимизации процесса. Он признает, что лимит содержания ароматических соединений в бензине ограничивает пригодность ароматических продуктов. Но, он говорит, что ароматические производные могут быть смешаны с алканами и другими компонентами для создания бензина, ил ароматические соединения могут быть гидрогенизированы в алканы. "Если мы совместим ступень гидрогенизации с нашим процессом, то мы можем, в принципе, создавать совершенный бензин", отметил Хьюбер.

Новый метод пиролиза - это короткий путь для обработки огромного количества биомассы за короткое время с высокой эффективностью, как прокомментировал Джон Р. Регальбуто, директор национальной научной фундаментальной программы по катализаторам и биокатализаторам, который поддерживает работу Хьюбера. "Процесс Хьюбера для прямой конверсии целлюлозы в бензиновые ароматические вещества - это новая эра новой альтернативной энергии зеленого топлива, котое поддерживается национальной научной программой и другими федеральными агентствами", говорит Регальбуто.

Источник: ChemSusChem, DOI: 10.1002/cssc.200800018, in press.