Сахар, извлеченный из кукурузы, сахарной свеклы и соломы, является сырьем для будущего производства пластика.

Датская компания Topsoe разрабатывает новую технологию, которая позволит сократить углеродный след пластика в течение нескольких лет.

Практически невозможно представить пластик без учета ископаемого топлива. Поскольку пластик производится из нефти, мы извлекаем, среди прочего, углерод — важнейший ингредиент пластика. В настоящее время около 5-6% всей сырой нефти, добываемой из-под земли, идет на производство различных пластмассовых изделий.

Но в будущем так не должно быть. Благодаря новым технологиям биомасса может стать альтернативой ископаемому сырью для производства пластика. Заменяя сырую нефть биомассой, мы можем добиться значительного сокращения выбросов углерода, связанных с производством пластика.

Совместно с DTU датская компания Topsoe, которая поставляет технологии для экологичного перехода химического производства, производства топлива и т.д., разрабатывает метод получения одного из компонентов, используемых в производстве ПЭТ-пластика, на основе биомассы. Это один из наиболее широко используемых пластиков, используемый, например, для изготовления бутылок для безалкогольных напитков и других видов упаковки пищевых продуктов, а также полиэфирных волокон для одежды и одеял.

«Цель состоит в том, чтобы преобразовать сахар в этиленгликоль, который является одним из строительных блоков для производства ПЭТ-пластика», — объясняет Эсбен Таарнинг, директор по исследованиям и разработкам отдела экологически чистых химических веществ Topsoe.

Двухэтапный процесс

Идея переработки сахара в этиленгликоль не нова. Однако технология не очень эффективна и не может конкурировать с производством на основе сырой нефти.

«При использовании этого метода вы теряете много углерода в процессе производства. Цель нашего проекта — сохранить как можно больше углерода, содержащегося в сахаре, и перевести его в молекулу этиленгликоля. Таким образом, мы можем увеличить выход сахара», — объясняет Эсбен Таарнинг.

Процесс, разработанный Topsoe, включает в себя две стадии. Сначала водный раствор сахара нагревается в реакторе. Нагревание от комнатной температуры до 500-600 градусов приводит к крекингу сахара — разложению молекул сахара на более мелкие молекулы. Основным продуктом, получаемым при крекинге сахара, является гликолевый альдегид. На второй стадии гидрирования добавляется водород, что приводит к образованию этиленгликоля, важного сырья для производства пластика.

По словам Эсбена Таарнинга, первая часть процесса — расщепление молекул сахара на более мелкие части — является новаторским достижением. И это именно тот этап процесса, в котором принимал участие DTU Chemical Engineering. Профессор Анкер Дегн Дженсен был задействован с самого начала в 2017 году.

Секрет технологии

Реактор, используемый для крекинга сахара, нагревает сахарный раствор до 500-600 градусов менее чем за одну секунду. Скорость имеет первостепенное значение. Медленный нагрев сахара приводит к образованию карамели. Следует избегать использования сахара и карамели любой ценой, поскольку липкий материал засоряет реактор, вдобавок к этому карамель никогда не сможет быть преобразована в желаемое вещество — гликолевый альдегид.

Секрет технологии заключается в так называемом процессе с псевдоожиженным слоем. В камеру реактора постоянно распыляется керамический порошок с температурой 500-600 градусов. Порошок поднимается в реактор газообразным раствором сахара, который вдувается внутрь. Этот поток «сахарного газа» заставляет керамический порошок вести себя как жидкость. Процесс, известный как псевдоожижение, создает хороший и равномерный контакт между сахарным раствором и керамическим порошком. Это обеспечивает эффективное и чрезвычайно быстрое нагревание сахара для достижения желаемого растрескивания до гликолевого альдегида.

Длительный процесс производства

Разработка новой технологии ведется уже давно. Она началась в 2010 году со строительства небольшого лабораторного испытательного реактора в Topsoe в рамках проекта PhD. Результаты были многообещающими, и в 2017 году Topsoe совместно с DTU получили грант в размере 30 миллионов датских крон от Инновационного фонда Дании для расширения масштабов процесса путем строительства экспериментальной установки по производству этиленгликоля. Экспериментальная установка может перерабатывать около 50 кг сахарной массы в час. Промышленное производство должно быть увеличено как минимум в 500 раз.

В 2021 году Topsoe совместно с DTU, Nordic Sugar A/S и Университетом Западного Онтарио получили дополнительно 18,6 млн датских крон от Инновационного фонда Дании на проведение экспериментов с реактором и самим процессом для оптимизации производства.

Конечная цель Topsoe — продемонстрировать, что процесс получения сахара из этиленгликоля можно масштабировать до реального промышленного производства. Эсбен Таарнинг настроен оптимистично и взволнован.