Токсичные отходы биомассы могут стать прорывом в чистой энергетике

Токсичный побочный продукт, долгое время осложнявший производство возобновляемой энергии, вскоре может стать ценным ресурсом, согласно новому обзору, опубликованному в журнале Biochar.

То, что когда-то считалось липкой, токсичной проблемой, может стать краеугольным камнем инноваций в чистой энергетике. Credit: Shutterstock

При нагревании биомассы, такой как сельскохозяйственные остатки, древесина или другое органическое вещество, для производства чистой энергии и биоугля также образуется густая жидкость, известная как био-смола. Эта смола легко забивает трубопроводы, повреждает оборудование и представляет экологические риски в случае выброса в атмосферу. Десятилетиями исследователи искали способы устранить или нейтрализовать ее.

Теперь группа ученых под руководством специалистов из Китайской академии сельскохозяйственных наук утверждает, что вместо того, чтобы рассматриваться как отходы, био-смола может быть преобразована в «био-углерод» — новый материал с областями применения от очистки воды до хранения чистой энергии.

«Наш обзор показывает, как превращение био-смолы в био-углерод не только решает техническую проблему для биоэнергетической отрасли, но и открывает дверь для производства передовых углеродных материалов с высокой экономической ценностью», — сказал старший автор работы доктор Цзунлу Яо.

В обзоре рассматривается, как химические реакции внутри био-смолы, в частности те, что связаны с богатыми кислородом соединениями, такими как карбонилы и фураны, естественным образом способствуют полимеризации — процессам, в которых небольшие молекулы связываются вместе, образуя более крупные и стабильные углеродные структуры. Тщательно регулируя температуру, время реакции и добавки, исследователи могут использовать этот процесс для получения био-углерода с заданными свойствами.

Авторы отмечают, что получаемый материал отличается от обычного биоугля. Био-углерод обычно имеет более высокое содержание углерода, меньшую зольность и уникальные структурные особенности, которые делают его особенно подходящим для передового применения. Ранние исследования предполагают, что био-углерод может служить:

• Адсорбентом для очистки загрязненной воды и воздуха путем улавливания тяжелых металлов и органических загрязнителей.
• Материалом для электродов в суперконденсаторах нового поколения, которые жизненно важны для хранения возобновляемой энергии.
• Катализатором, который ускоряет промышленные химические реакции более устойчивым образом, чем традиционные варианты на основе ископаемого топлива.
• Чистым топливом с более низкими выбросами вредных оксидов азота и серы.

Что важно, недавние экономические оценки и оценки жизненного цикла показывают, что преобразование био-смолы в био-углерод может принести чистые положительные энергетические, финансовые и экологические выгоды. Например, замена угля топливом из био-углерода может сократить выбросы диоксида углерода на сотни миллионов тонн ежегодно, одновременно принося прибыль заводам по переработке биомассы.

Тем не менее, проблемы остаются. Химическая сложность био-смолы затрудняет полный контроль над процессом полимеризации, и крупномасштабное производство еще не достигнуто. Авторы рекомендуют сочетать лабораторные эксперименты с компьютерным моделированием и машинным обучением для оптимизации путей реакций и проектирования био-углерода с определенными функциями.

«Полимеризация био-смолы — это не просто вопрос переработки отходов; она представляет собой новый рубеж для создания устойчивых углеродных материалов, — сказал первый автор работы Юйсюань Сунь. — При дальнейших исследованиях этот подход может значительно повысить эффективность биоэнергетических систем, одновременно предоставляя новые инструменты для защиты окружающей среды и чистых технологий».

Исследование предоставляет дорожную карту для ученых и отраслевых партнеров, чтобы превратить одно из самых больших препятствий в биоэнергетике в мощный ресурс для будущего.

Источники: sciencedaily.com
Материалы предоставлены Редакцией журнала Biochar, Шэньянский сельскохозяйственный университет.
Yuxuan Sun, Jixiu Jia, Lili Huo, Xinyi Zhang, Lixin Zhao, Ziyun Liu, Yanan Zhao, Zonglu Yao. Preparation of bio-carbon by polymerization of bio-tar: a critical review on mechanisms, processes, and applications. Biochar, 2025; 7 (1)

ИИ: В 2025 году подобные исследования особенно актуальны на фоне глобальных усилий по декарбонизации. Превращение проблемного отхода в ценный ресурс — это именно тот тип инноваций, который может сделать «зеленый» переход более экономически эффективным и замкнутым.