От соломы к пластиковому мономеру: изучение зеленой революции и рыночного потенциала FDCA

Структура и характеристики FDCA

Производство ПЭТ зависит от невозобновляемых нефтяных ресурсов, а один из его основных видов сырья, МЭГ, извлекается из биомассы. Однако извлечение ПТА остается сложной задачей, что затрудняет разработку ПЭТ на 100% биологической основе. 

Благодаря обширным исследованиям, FDCA, полученный из ресурсов биомассы, демонстрирует очень схожий структурный состав с PTA. PTA — это пластиковый мономер, который может быть полимеризован для получения PET, материала, который обычно встречается в повседневной жизни. Однако зависимость производства PET от невозобновляемых нефтяных ресурсов усугубляет экологическую нагрузку. Напротив, FDCA может быть получен из возобновляемой биомассы, и полученный полиэтилен 2,5-фурандикарбоксилат (PEF) демонстрирует значительные преимущества в свойствах газонепроницаемости и весе, эффективно снижая углеродный след пластиковой промышленности. Более того, он представляет значительный потенциал применения и рыночную стоимость, предлагая новые идеи и технологические пути для продвижения зеленой химии и устойчивого развития.

Технологические инновации и прорывы

Проект решает три основные научные и технические задачи: разработка биоматериалов, синтез биоплатформенных соединений и оптимизация непрерывных производственных процессов. Были предложены инновационные методы, такие как пиролиз биомассы, такой как кукурузная солома, для получения мономеров глюкозы, эффективное преобразование моносахаридов в 5-гидроксиметилфурфурол (HMF) и окисление HMF для получения FDCA. Исследовательская группа совершила прорыв в производстве высокочистых платформенных соединений HMF, непрерывном производстве FDCA, каталитических материалах и оптимизации процесса. 

Они разработали интегрированную систему для производства и очистки HMF и разработали непрерывный микрореактор для производства FDCA, что повышает использование ресурсов биомассы при одновременном снижении выбросов загрязняющих веществ и углерода. Традиционная дегидратация глюкозы и реакции окисления HMF обычно происходят в реакторах периодического действия, что приводит к низкой эффективности производства и сложному разделению продуктов. Чтобы расширить рынок PEF и снизить затраты, проектная группа разработала катализаторы и процессы для непрерывного производства, успешно создав путь синтеза из глюкозы в 2,5-фурандикарбоновую кислоту. Благодаря интегрированным процессам синтеза и разделения группа успешно произвела HMF высокой чистоты, а последующее окисление HMF происходит в микроканальных реакторах, достигая непрерывного производства при решении проблем безопасности, связанных с реакциями окисления.

С глобальным стремлением к энергосбережению и сокращению выбросов разработка биоматериалов привлекает все большее внимание. FDCA, как экологичная альтернатива PTA, широко используется в синтезе биополиэфиров и других полимеров. Ожидается, что объем рынка FDCA достигнет миллионов тонн к 2027 году, что демонстрирует значительный рыночный потенциал.

В настоящее время команда Восточно-Китайского университета науки и технологий завершила лабораторную разработку технологии производства FDCA. Хотя промышленное развитие все еще находится на ранних стадиях, их исследовательские достижения являются ведущими в отрасли, с потенциалом для больших прорывов в будущем.

Перспективы на будущее

Переход от соломы к FDCA не только обеспечивает инновационный подход к обработке сельскохозяйственных отходов, но и открывает новые перспективы для устойчивого развития в индустрии пластмасс. Двигаясь вперед, важно постоянно продвигать технологические инновации, повышать добавленную стоимость соломы и достигать беспроигрышной ситуации для эффективного использования ресурсов и защиты окружающей среды. Поскольку всеобщий призыв к устойчивому развитию становится все громче, развитие FDCA и PEF будет играть решающую роль в решении проблем загрязнения пластиком и экологических проблем, прокладывая путь для более широкой зеленой революции.