Превращение отходов целлюлозно-бумажного производства в новое сырье для химической промышленности

Исследователи из Стелленбошского университета в Западно-Капской провинции Южной Африки разработали метод деполимеризации фенольных полимеров для переработки целлюлозных отходов в новое сырье для химической промышленности. Имена этих исследователей: Хелен Пфуква, Ндумисо Сибанда и Харальд Паш.

Расскажите о вашей технологии

При помощи этой технологии лигнин превращается в ценные соединения с низкой молярной массой. Этот метод умеренно-селективной переработки используется для производства функционализированных ароматических соединений, которые являются ценными компонентами, используемыми в химической и полимерной промышленности.

Какие проблемы она решает?

Химическая и полимерная промышленность в значительной степени зависят от переработки невозобновляемых видов топлива, таких как нефть и уголь, в сырье. Использование этих видов сырья не является экологически устойчивым, поскольку запасы нефти и угля истощаются, и их добыча и переработка в нужные функционализированные химикаты оказывают неблагоприятное воздействие на окружающую среду.

Лигнин, один из компонентов лигноцеллюлозной биомассы, является перспективной альтернативой, будучи наиболее распространенным ароматическим функционализированным полимером, и, что еще важнее, он не нужен обществу для каких-либо других целей.

При помощи селективных технологий, таких как окислительная полимеризация, лигнин может перерабатываться в ценные химические вещества, имеющие ароматические качества (исходное сырье для широкого ассортимента потребительской продукции). Как правило, полимеры, синтезированные из выделенных из лигнина мономеров и их производных, характеризуются высокой Tg (температурой стеклования или перехода в стеклообразное состояние) и химической стабильностью, а также хорошими механическими качествами, поэтому их можно использовать вместо стирола, получаемого из ископаемого топлива, для синтеза высокотермостойких пластмасс, высококачественных композитов и смол.

Что вдохновило вас на это изобретение?

Каждый год целлюлозно-бумажная промышленность Южной Африки производит миллионы тонн отходов в виде лигнина. Значительная часть этого лигнина используется в качестве сырья для производства электроэнергии. Использование биотоплива, изготовленного из лигниновых отходов, чрезвычайно выгодно в плане снижения зависимости целлюлозно-бумажного производства от национальной энергосети, значительную пользу также можно получить, используя лигниновые отходы в качестве источника химических веществ. В нашем обществе, перед которым стоят проблемы, связанные с истощением запасов сырой нефти и накоплением отходов, важно изучить вопрос о том, как отходы, образующиеся в различных отраслях, потенциально можно использовать в качестве сырья вместо сырой нефти.

Как ваша инновация способствует построению «зеленого» будущего?

Эта инновация имеет большое значение для «зеленого» будущего, поскольку она позволяет перерабатывать то, что считается отходами производства, в ценные ароматические соединения, которые могут использоваться в химической промышленности и/или для производства полимеров. Цепь создания добавленной стоимости лигнина, который в одной отрасли является отходом производства, фактически продолжается в виде его использования в качестве сырья в другой отрасли. Это способствует экологически устойчивому развитию.

Как охраняется ваша технология?

Мы подали патентную заявку в Южной Африке (2019/02602) и в ближайшем будущем планируем запросить международную охрану нашей технологии, подав международную патентную заявку в рамках Договора о патентной кооперации (PCT).

Почему изобретателям важно обеспечивать охрану своих изобретений при помощи прав интеллектуальной собственности?

Это способствует дальнейшим исследованиям и инновациям, что приносит пользу экономике. Охрана интеллектуальной собственности (ИС) служит для изобретателей и авторов стимулом к постоянному поиску инновационных решений в интересах общества. Положительные результаты инноваций помогают владельцам лицензий и фирмам получать конкурентные преимущества на рынке, поскольку они не позволяют другим использовать охраняемые правами ИС изобретения в коммерческих целях без их разрешения.

В чем заключались главные проблемы, с которыми пришлось столкнуться, разрабатывая это изобретение?

Лигнин – весьма сложная макромолекула с уникальной структурой, которая зависит от источника и процедуры предварительной обработки. β-эфирная связь (β-O-4) составляет 40 60 процентов всех связей, а это значит, что большинство методов умеренного окисления конкретно этих связей для получения карбоксилированных соединений не обеспечивают полное преобразование лигнина. Мы также выяснили, что важно эффективно контролировать условия деполимеризации во избежание чрезмерного окисления, которое может привести к появлению структур, еще более сложных по своему составу, чем сам исходный лигнин.

В чем заключается ваш призыв к действиям в Международный день ИС?

Химическая промышленность может войти в «зеленое» будущее, если правительства будут проводить политику, которая способствовала бы тому, чтобы производящие материалы отрасли учитывали соображения экологически устойчивого развития в своих долгосрочных планах. Со временем это будет стимулировать отрасли к тому, чтобы уделять особое внимание производству продуктов такого же качества, но экологически устойчивыми методами, включая эффективное использование возобновляемого сырья. Для этого необходимо использовать новые возможности для сотрудничества в области научных исследований между отраслями и научно-исследовательскими учреждениями. Механизмы стимулирования потребителей и производителей к принятию таких мер должны быть неотъемлемой частью политики в отношении науки, технологии и инноваций.

Как используется ваше изобретение и в чем его потенциальное значение?

Сейчас мы стараемся поставить нашу технологию на коммерческую основу. Мы наладили отношения с местной (находящейся в Южной Африке) целлюлозно-бумажной компанией, которая хочет применить эту технологию для переработки своих лигниновых отходов (лигносульфоната). Цель этого проекта заключается в том, чтобы оценить эффективность нашего метода для переработки лигносульфоната в плане того, какого рода продукты можно получить и в каком объеме.