פלסטיק מצמחים במקום מנפט

עד כה שמענו על ייצור דלק למכוניות מצמחים (ביודלק) עכשיו מסתבר שניתן לפתח מוצרי פלסטיק שהיום מופקים מנפט גולמי ע”י תהליך כימי המופעל על ביומסה

חוקרים מאוניברסיטת ברקלי בקליפורניה הצליחו, תוך שימוש בתגובה כימית ידועה בספרות מזה עשורים ושינוי בה, לפתח שיטה מתונה ובלתי-יקרה להרחקת חמצן מביומסה. תהליך זה, באם ניתן יהיה להתאימו לתעשייה, יוכל לאפשר ייצור של מוצרים פטרוכימיים רבים ומגוונים, כגון פלסטיק, מביומסה במקום מנפט.

“מצאנו ושיפרנו תהליך חד-שלבי ובררני של תגובת דה-אוקסיגנציה (הרחקת חמצן, deoxygenation) המבוססת על החומר חומצה פורמית,” אמר Robert Bergman, אחד מהחוקרים של מיזם זה שבוצע במחלקה לכימיה באוניברסיטת ברקלי קליפורניה.

החומצה הפורמית ממירה גליצרול, חומר-לוואי בלתי-רצוי וכמותי בהפקה של ביודיזל, לכוהל אלילי, היכול לשמש כחומר-מוצא בהפקה של פולימרים שונים, תרופות, תרכובות אורגניות, חומרי-הדברה, קוטלי-צמחיה ומוצרים כימיים נוספים. כיום, מיוצר כוהל אלילי מהחמצון של נפט.

מסביר Jonathan Ellman, פרופסור לכימיה ואחד מהחוקרים הנוספים: “כיום, כחמישה אחוזים מהאספקה עולמית של נפט משמשים כחומר-מוצא עבור ההכנה של סחורות כימיות. אם יהיה ניתן לייצר את הסחורות הללו מביומסה, שהינה מקור מתחדש, במקום מנפט הרי שייצור זה לא יהווה יותר נזק לסביבה.”

ביומסה מושכת תשומת-לב ציבורית רבה בשל היכולת הגלומה בה להוות תחליף לדלקים מבוססי-פחמן, כנפט וגז טבעי, אולם טמונה בה גם אפשרות רבה לשמש כחומר גלם למוצרים כימיים אחרים. ניתן לומר בביטחון כי לא עובר יום אחד מבלי שמישהו מאיתנו, בכל רחבי העולם, עושה שימוש במוצר כימי שכזה. מוצרים שיוכנו מביומסה במקום מנפט יהיו הן ממקורות מתחדשים והן ברי-פרוק ביולוגי. אולם, שלא כמו חומרי-גלם פטרוכימיים, המופקים ע”י הוספת חמצן לנפט, חומרי-גלם מביומסה דווקא דורשים את ההרחקה של חמצן מהם.

החוקרים השתמשו במערכת זיקוק ייחודית לשם הסתכלות מחודשת בתגובה כימית ותיקה שבה חומצה פורמית, החומר המצוי בארס הדבורה, שימשה לשם הרחקת חמצן מגליצרול. בתגובה מקורית זו, הניצולת הייתה נמוכה, בעיקר בשל חריכת החומר. חריכה זו התקבלה בעקבות בעירה בלתי-בררנית והביאה להיווצרות תערובת תוצרים מורכבת בטמפרטורות גבוהות. החוקרים גילו כי הגנה פשוטה של התגובה הזו מפני אוויר מאפשרת תהליך משופר יותר להרחקת החמצן מגליצרול.

מסביר אחד החוקרים: ” הזרמת זרם של חנקן גזי במהלך התגובה של גליצרול וחומצה פורמית העלימה לחלוטין את שריפת החומר. מלבד הגנתו של התוצר מחמצון האוויר, החנקן גם סייע בזיקוק הכוהל עצמו. התוצר הסופי התקבל בניצולת משופרת של שמונים אחוזים ובאופן בררני.”

מסביר אחד מהחוקרים: “מהניסויים שערכנו הצלחנו גם להפיק הבנה טובה יותר לגביי הכימיה הבסיסית שמאחורי התגובה הזו. סברנו כי החריכה הייתה תהליך חמצון אקראי מאחר והתגובה התרחשה באוויר הפתוח וחזינו כי ביצועה באווירת חנקן תשפר את התוצאות. אולם, בבחינת הכימיה הבסיסית חשפנו מנגנון תגובה בלתי-צפוי שממש הרחיב את הכלליות של תגובה זו והגדיל את יישומיה האפשריים.”

עם מנגנון תגובה חדיש זה, שיטת הרחקת החמצן החדישה בעזרת החומצה הפורמית של החוקרים, התגובה תוכל לשמש להמרת סוכרים המצויים בביומסה, וכן תרכובות רב-הידרוקסיות אחרות, לחומרי-גלם כימיים כגון אולפינים (אלקנים) שמופקים כיום מנפט. השיטה תוכל גם להוכיח את יישומה בתהליך שבו ביומסה מומרת לדלקי-מנועים נוזליים.

אומר החוקר הראשי: “הממצאים הראשונים שלנו עם רב-כהלים זולים שמקורם בביומסה מראים כי התגובה של תרכובות מסוג זה עם חומצה פורמית תהיה חלופה בעלת ערך גם לייצור חומרים שעברו הרחקת חמצן. אולם, התאמת תהליך זה לתעשייה הולכת להיות אתגר הנדסי רציני.”

“התאמת התהליך הזה לרמה תעשייתית עשויה לדרוש מאמצים משולבים של מעבדות אקדמיות ותעשייתיות, אולם הדבר הכרחי, אם אנו מעוניינים להכין בעתיד כימיקלים מסחריים ודלקים מביומסה, ולהגן על האטמוספרה מפני נזק עתידי ובו-בזמן לעזור בהפחתת רמות גז החממה פחמן דו-חמצני.”

הידיעה מהאוניברסיטה