נוזלים ביוניים – ממסים המורכבים מליגנין והמי-צלולוזה, שני תוצרי-לוואי בתהליך הייצור של ביו-דלקים – מהווים הבטחה גדולה לשיפור כלכלי במסגרת בתי-זיקוק לביו-דלקים.
[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]
נוזלים ביוניים – ממסים המורכבים מליגנין והמי-צלולוזה, שני תוצרי-לוואי בתהליך הייצור של ביו-דלקים – מהווים הבטחה גדולה לשיפור כלכלי במסגרת בתי-זיקוק לביו-דלקים.
בעוד שהממסים העוצמתיים המוכרים בשם נוזלים יוניים (ionic liquids) מהווים הבטחה גדולה לשימוש יעיל בסוכרים בתהליך הייצור של ביו-דלקים, הרי שבאופק מגיחים להם ממסים מבטיחים עוד יותר – נוזלים ביוניים.
חוקרים ממכון מחקר המסונף למשרד האנרגיה בארה”ב (JBEI) פיתחו “נוזלים ביוניים” מליגנין והמי-צלולוזה, שני תוצרי-לוואי בתהליך הייצור של ביו-דלקים המתקבלים בבתי-זיקוק לביו-דלקים. אומר Blake Simmons, מהנדס כימיה המכהן בתור מנהל המדע והטכנולוגיה במכון המחקר: “החומר ליגנין (ויקיפדיה) מוכר כתוצר פסולת שבדר”כ עובר שריפה על מנת ליצור ממנו חום וחשמל בבתי זיקוק לביו-דלקים; אולם, אם ניתן יהיה למצוא שימושים אחרים בעלי ערך כלכלי גבוה יותר לליגנין, התוצאה תשפר משמעותית את העלויות הכוללות בבתי-זיקוק אלו. הרעיון שלנו של נוזלים ביוניים פותח צוהר לקבלת תהליך במעגל-סגור לבתי-זיקוק המייצרים ביו-דלקים, והוא בעל השלכות כלכליות ניכרות על טכנולוגיות של תהליכים אחרים המבוססים על נוזלים יוניים, שכיום מסונתזים מנפט.” ממצאי המחקר פורסמו לאחרונה בכתב-העת המדעי Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
הסוכרים הצלולוזיים האצורים בתוך הביומסה של דשא, של צמחים אחרים שלא משמשים למזון ושל פסולת חקלאית, יכולים לשמש כולם לייצור של ביו-דלקים מתקדמים שיוכלו בסופו של דבר להפחית את השימוש הכולל בדלקי מאובנים, האחראים לפליטה השנתית של קרוב ל-9 מיליארד טון מעוקב של פחמן לאטמוספירה. למעלה ממיליארד טון של ביומסה מיוצרים מדי שנה בארה”ב לבדה, והדלקים שיכולים להיות מיוצרים מביומסה זו עשויים להוות תחליפים נקיים, ירוקים ומתחדשים לבנזין, לדיזל ולדלק סילוני. שלא כמו אתאנול, ההובלה של דלקים המיוצרים מביומסה יכולה להגיע ישירות לצרכן במסגרת הפעלתם של מנועים, וזאת מבלי להשפיע על הביצועים התפעוליים שלהם.
יחד עם זאת, אם מתכוונים להשתמש בביו-דלקים, לרבות אתנול צלולוזי, באופן מסחרי, שיטות ייצורם חייבות להיות כלכליות יותר מאלו המבוססות על דלקי מאובנים. משמעות הדבר שחייבים לפתח טכנולוגיות כלכליות לשם המיצוי של אותם סוכרים מהביומסה והמרתם לדלקים ולמוצרים כימיים שימושיים אחרים. האתגר העיקרי היה שבניגוד לסוכרים הפשוטים הנמצאים בגרעיני תירס, הרב-סוכרים המורכבים הנמצאים בביומסה מוטמעים עמוק בתוך חומר עצי הקרוי בשם ליגנין. החוקרים הצליחו להמיר ביומסה לסוכרים המשמשים כחומרי-גלם לביו-דלקים בעזרת נוזלים יוניים – מלחים המורכבים מצמדי יונים שהינם נוזלים בטמפרטורת החדר. הנוזלים היוניים שנולדו מתוך המאמצים של צוות מחקר זה כנקודת ציון לעיבוד ביומסה הם נתכי מלחים מבוססי-אימידאזול, המיוצרים ממקורות שאינם מתחדשים, כגון נפט או גז טבעי.
נוזלים יוניים מבוססי-אימידאזול מצליחים להמיס ביומסה באופן יעיל, ומייצגים נקודת מוצא יוצאת דופן לטיפול מקדים בביומסה, אולם חומרים אלו הינם יקרים ולכן השימוש התעשייתי בהם מוגבל,” מסביר החוקר הראשי. “על מנת להחליף אותם במוצר מחדש, הצלחנו לסנתז סדרה של נוזלים יוניים המבוססים על אמינים רביעוניים מתוך אלדהידים ארומטיים בתוך ליגנין והמי-צלולוזה.”
החוקרים בדקו את היעילות של הנוזלים הביוניים שלהם בתור טיפול מקדים לפרוק ביומסה של מין של דוחן (switchgrass), שהוא אחד מהצמחים בעלי פוטנציאל גבוה להכנת דלקי תחבורה נוזליים. לאחר 73 שעות של הדגרה עם הנוזלים הביוניים החדשים הללו, ניצולת הסוכר הייתה בטווח של 95-90% עבור גלוקוזה, ובטווח של 75-70% עבור הסוכר קסילוזה. ניצולות אלו הן ברות-השוואה לניצולות המתקבלות לאחר טיפול מקדים עם הנוזלים היוניים מבוססי-האימידאזול הטובים ביותר.
“ליגנין והמי-צלולוזה הם תוצרי-לוואי בתעשיית החקלאות, במפעלי ביו-דלקים ובמפעלים לעיבוד עיסות עץ, מה שלא רק הופך את הפולימרים הנפוצים הללו לזולים, אלא שהם גם מאפשרים פיתוח תחנות-זיקוק הפועלות במעגל סגור, שבו הליגנין שמקורו בזרם הפסולת ניתן לשימוש חוזר להכנת נוזל ביוני נוסף,” אמר החוקר הראשי. הנוזלים הביוניים הנוכחיים סונתזו בעזרת אמינציה חיזורית וחומצה זרחתית, אולם צוות המחקר בוחן עתה את האפשרות להשתמש במגיבים חלופיים שיהיו פחות יקרים ועוד יותר ידידותיים לסביבה. “הממצאים שלנו מציגים נקודת מוצא חשובה למחקר עתידי של נוזלים ביוניים בתחום של ביו-דלקים ובתחומים תעשייתיים אחרים,” אמר החוקר הראשי.
