Onderzoekers van de Universiteit van Osaka creëren een katalysator voor het raffineren van chemicaliën in plantaardig afval, waardoor een groene manier om waardevolle grondstoffen te produceren.

De strijd tegen klimaatverandering is een oproep aan de industrie. We zijn momenteel afhankelijk van fossiele brandstoffen, een belangrijke bron van het broeikasgas CO2, niet alleen voor energie, maar ook om chemicaliën te maken voor productie. Om onze economieën van deze afhankelijkheid af te wenden, we moeten een nieuwe bron van "groene" grondstoffen vinden, zodat fabrieken en laboratoria kunnen draaien zonder CO2 te produceren en uit te stoten.

Nutsvoorzieningen, een onderzoeksteam van de universiteit van Osaka heeft ontdekt hoe waardevolle chemicaliën uit schone bronnen kunnen worden gemaakt. Ze gebruikten biomassa, hoofdzakelijk afval van plantaardig materiaal. Biomassa is rijk aan organische moleculen – lange ketens van koolstofatomen die aan zuurstof zijn bevestigd. Bestaande methoden kunnen de koolstof-zuurstofbindingen in deze moleculen verbreken om, bijvoorbeeld, grondstoffen voor kunststoffen. Echter, het verbreken van de koolstof-koolstofbindingen, om de moleculaire ketens te verkorten, is moeilijker; extreme temperaturen zijn nodig, en leveren vaak ongewenste producten op.

De in Osaka ontwikkelde methode is gebaseerd op een nieuwe katalysator. Katalysatoren laten reacties optreden, zonder zelf verteerd te worden. Ze zijn vaak gebaseerd op metalen, en het nieuwe voorbeeld is geen uitzondering - het bestaat uit atomair kleine deeltjes ruthenium, een metaal verwant aan ijzer, zittend op een materiaal genaamd ceriumoxide.

Na het creëren van hun katalysator, de onderzoekers testten het op levulinezuur (LA) uit biomassa. LA werd gereageerd om CC-binding te verbreken bij 150 graden Celsius - heet voor sommigen, maar mild volgens industriële normen. Het reactieproduct was 2-butanol, een belangrijke chemische stof voor de productie van oplosmiddelen. "Dit is de eerste keer dat 2-butanol op deze groene manier is gemaakt, met behulp van LA, " studie eerste auteur Tomoo Mizugaki legt uit. "Traditioneel, het is gemaakt van buteen, die afkomstig is van zeer vervuilende olieraffinaderijen."

Gesterkt hierdoor, het team testte hun katalysator op andere biomassachemicaliën. Er werd een reeks waardevolle producten verkregen. Cruciaal, de reacties verbraken altijd koolstof-koolstofbindingen. Hierdoor konden ze produceren, bijvoorbeeld, cyclohexanol, een belangrijke chemische stof bij de vervaardiging van nylon.

Röntgen- en microscoopstudies bevestigden dat de combinatie van ruthenium, ceriumoxide en water waren van vitaal belang om de reactie te laten plaatsvinden. De nieuwe katalysator vult daarmee een belangrijke leemte in de reactie-toolbox van de chemicus.

"We hopen dat deze methode alle industriële sectoren helpt om grondstoffen uit niet-fossiele bronnen te verkrijgen, corresponderende auteur Kiyotomi Kaneda zegt. "We hebben een radicale verandering in denken nodig, zodat bio-afgeleide chemicaliën worden beschouwd als primaire opties in de productie."