30/09/2023
0Мировая тенденция потребления стали почти никогда не снижается. По прогнозам спрос на сталь к 2050 году увеличится на 30%. В конечном итоге, такое увеличение потребления повлияет на деградацию окружающей среды, особенно на выбросы парниковых газов.
Только в 2019 году металлургический сектор непосредственно ответственен за 2,6 гигатонны выбросов углекислого газа в год. Эта цифра будет продолжать расти, если потребление стали также будет увеличится.
В мире были реализованы различные технологические инновации для замены стали, направленные на то чтобы сделать ее экологически чистой. В 1960-х годах в качестве заменителя стали ученые представили углеродное волокно, используемое в автомобильной и авиационной промышленности. Однако это углеродное волокно не является экологически чистым, поскольку оно производится из полиакрилонитрила (ПАН), продукта переработки нефти.
Усилия по сокращению использования нефти заставили ученых задуматься об использовании лигнина в качестве потенциальной замены ПАН. Есть надежда, что в этом случае углеродное волокно, заменяющее сталь, будет более экологически чистым.
Лигнин — один из элементов, который делает древесину растений твердой. В промышленном секторе, особенно в бумажной промышленности, лигнин необходимо удалять, поскольку он может повлиять на качество бумаги. В результате много лигнина не используется. Фактически, лигнин сам по себе имеет ряд преимуществ в промышленном секторе.
Что такое Лигнин?
Лигнин – это отходы производства бумаги и этанола. Бумажная, целлюлозная, деревообрабатывающая и этанольная промышленность производят более 50 миллионов тонн лигнина в год. Прогнозируется, что к 2030 году эта цифра увеличится до 225 миллионов тонн в год.
Большая часть лигнина используется только в качестве топлива низкого качества для производства электроэнергии, поэтому он по-прежнему способствует выбросам парниковых газов. Остальные 2% используются промышленностью в качестве сырья для производства клеев или других химикатов.
Фабрика по переработке бумаги в Миннесоте, США. Эта промышленность производит лигнин как отходы промышленных процессов, которые по большей части не используются. (Фото MPCA/Flickr)
Как используется лигнин?
Из-за его твердой природы попытки отделить лигнин от растительного материала требуют процесса растворения. Между тем, использование растворителя делает процесс получения лигнина таким дорогим, что использовать его для получение углеродного волокна нерентабельно.
В наших исследованиях мы пытались проанализировать процесс растворения лигнина, используя растворители, которые не испаряются: они , называются ионными жидкостями или расплавленными солями. Оказалось, что в этом случае в процессах растворения и разделения используются дешевые материалы, меньше оборудования и выполняются более короткие этапы. Как следствие, затраты на производство лигнина могут быть сокращены.
Наибольшей составляющей себестоимости выделения лигнина по новой технологии является стоимость сырья для ионных жидкостей в размере 1,24 доллара США (19 тысяч рупий) за килограмм. Для сравнения, стоимость растворителя диметилсульфоксида (ДМСЭ) для производства нефтяного углеродного волокна составляет 3 доллара США (46 тысяч рупий) за килограмм.
Параллельные исследованиями показали, что процесс растворения ионными жидкостями может сохранить больше углерода в лигнине. Чем больше содержание углерода в лигнине, тем прочнее производимые из него углеродные волокна.
Следующий шаг
Результаты ряда исследований, в том числе и проведенных нами, показали, что лигнин потенциально может стать экологически чистым сырьем для заменяющего сталь углеродного волокна. Однако предстоит еще многое сделать, например, подготовить рынки от восходящего потока к перерабатывающему. На начальном уровне бумажная промышленность или сельское хозяйство могут разработать стратегии использования лигнина, не предусматривающие его превращение в топливо.
Наша стратегия включает партнерство с предприятиями по переработке лигнина, которые до сих пор очень редко встречается в Индонезии и даже в мире. Промышленность может сотрудничать с исследовательскими институтами, чтобы найти лучшую технологию переработки лигнина, поскольку уровень технологической готовности в этом вопросе пока еще низок.
Правительство Индонезии также должно искать способы использования ресурсов растений или биомассы для экологически безопасного развития. Эти усилия важны, поскольку правительство стремится сократить выбросы парниковых газов в сельскохозяйственном и промышленном секторах, чтобы уменьшить изменение климата.
До сих пор правительство по-прежнему использует древесную биомассу только в качестве топлива, заменяющего уголь (совместное сжигание). Использование древесной биомассы посредством лигнина может увеличить использование наших растительных ресурсов с минимальными выбросами, одновременно снижая потребность Индонезии в ископаемых ресурсах.
