من أجل الحفاظ على البيئة ونظرًا لحقيقة أن هناك كمية محدودة من الوقود الأحفوري المتاح، أصبحت مصادر الطاقة المتجددة، مثل النباتات المعدلة وراثيا وبقايا الأخشاب وغيرها من النفايات النباتية، محط اهتمام كبير.
تسمح العمليات الكيميائية، مثل الانحلال الحراري (التحلل الحراري) أو التسييل (التسييل)، بتحويل الكتلة الحيوية (الوزن الإجمالي لجميع الكائنات الحية في وحدة مساحة معينة) إلى زيت حيوي - وهو مصدر واعد للغاية للطاقة المتجددة. قام فريق من العلماء الألمان والصينيين بقيادة يوهانس أ. ليرشر من جامعة ميونيخ في ألمانيا بتطوير عملية تحفيزية مبتكرة لتحويل مكونات الزيت الحيوي مباشرة إلى المواد المهمة مثل الألكانات والميثانول. وكما ورد في المجلة العلمية Angewandte Chemie، تعتمد العملية على تفاعل في وعاء واحد يتم تحفيزه بواسطة معدن ثمين مثبت على ركيزة كربونية مع حمض غير عضوي.
الزيت الحيوي عبارة عن خليط مائي وحمض وشديد الأكسدة. ومع ذلك، فإن محتواه العالي من الأكسجين وعدم استقراره الكيميائي لهما عواقب سلبية: لا يمكن استخدام النفط الحيوي مباشرة كوقود سائل. ومع ذلك، قد تكون هذه المادة ذات أهمية كبيرة كمصدر للمواد الخام الأساسية إذا أمكن تحويلها إلى ألكانات. الألكانات، والتي تسمى أيضًا البارافينات، هي عبارة عن هيدروكربونات مشبعة؛ وهي من أهم المواد الخام الأساسية للصناعة الكيميائية، وبشكل خاص، كمواد أولية لإنتاج البلاستيك. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدامها كوقود رئيسي في الصناعة العالمية.
يحتوي الزيت الحيوي على جزء فينولي يتكون من مركبات ذات هيكل رئيسي لحلقة عطرية تتكون من ست ذرات كربون وعدة مجموعات هيدروكسيل مرتبطة بها. باستخدام العملية الجديدة، يتم تحويل الجزء الفينولي من الزيت الحيوي بطريقة انتقائية للغاية إلى ألكانات حلقية (ألكانات حلقية) وميثانول. تمكن الباحثون من إظهار طريقتهم الجديدة لمجموعة متنوعة من المواد النموذجية. كمحفز، استخدموا معدن البلاديوم على ركيزة من الكربون وحمض الفوسفوريك كمصدر للهيدروجين للتفاعل.
يتم التفاعل في وعاء واحد، أي تفاعل من خطوة واحدة تحدث فيه التفاعلات الجزئية (الهدرجة والتحلل المائي والجفاف) في نفس الوعاء دون معالجة ومعالجة المواد الوسيطة في العملية. ويكمن السر في المحفز الذي يعمل على هذه التفاعلات الثلاثة المنفصلة. والنتيجة النهائية هي خليط من مجموعة متنوعة من الألكانات التي تنفصل بشكل مستقل لتشكل طبقة عضوية، بحيث يمكن إزالتها بسهولة من الطبقة المائية للمادة الأولية. تعتبر العملية المبتكرة بمثابة نهج عملي للاستخدام المباشر للزيت الحيوي لإنتاج الألكانات.
المزيد عن هذا الموضوع على موقع العلوم
