Toen John Wesley Hyatt in 1869 het eerste industriële plastic patenteerde, zijn bedoeling was om een ​​alternatief te creëren voor het ivoor van de olifantsslagtand dat wordt gebruikt om pianotoetsen te maken. Maar dit vroege plastic veroorzaakte ook een revolutie in de manier waarop mensen over productie dachten:wat als we niet beperkt waren tot de materialen die de natuur te bieden had?

Ruim een ​​eeuw later, kunststoffen zijn een overvloedig onderdeel van het dagelijks leven. Maar deze kunststoffen zijn vaak afgeleid van aardolie, bijdragen aan de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen en het stimuleren van de uitstoot van schadelijke broeikasgassen. Om dat te veranderen, Wetenschappers van het Great Lakes Bioenergy Research Center (GLBRC) proberen de plooibare aard van plastic in een andere richting te brengen, het ontwikkelen van nieuwe en hernieuwbare manieren om kunststoffen uit biomassa te maken.

Met behulp van een van planten afgeleid oplosmiddel genaamd GVL (gamma-valerolacton), University of Wisconsin-Madison Professor in chemische en biologische engineering James Dumesic en zijn team hebben een economische en hoogrenderende manier ontwikkeld om furandicarbonzuur te produceren, of FDCA. Een van de 12 chemicaliën die het Amerikaanse ministerie van Energie van cruciaal belang acht voor het smeden van een "groene" chemische industrie, FDCA is een noodzakelijke voorloper van een hernieuwbaar plastic genaamd PEF (of polyethyleenfuranoaat), evenals van een aantal polyesters en polyurethanen.

De onderzoekers publiceerden hun bevindingen op 19 januari, 2018 in het journaal wetenschappelijke vooruitgang .

Als het biogebaseerde substituut voor PET (polyethyleentereftalaat), wordt het veel gebruikt, tegenhanger van aardolie - PEF is rijk aan potentieel. PET heeft momenteel een marktvraag van bijna 1,5 miljard ton per jaar, en Coca Cola, Ford-motoren, HJ Heinz, Nike en Procter &Gamble hebben zich allemaal gecommitteerd aan het ontwikkelen van een duurzaam geproduceerde, 100 procent plantaardig PET voor hun flessen, verpakking, kleding en schoeisel. het potentieel van PEF om in die omvangrijke markt door te breken, echter, werd gehinderd door de hoge productiekosten van FDCA.

"Tot nu, FDCA heeft een zeer lage oplosbaarheid in praktisch elk oplosmiddel waarin u het maakt, " zegt Ali Hussain Motagamwala, een UW-Madison afgestudeerde student in chemische en biologische technologie en co-auteur van de studie. "Je moet veel oplosmiddel gebruiken om een ​​kleine hoeveelheid FDCA te krijgen, en je krijgt hoge scheidingskosten en ongewenste afvalstoffen.”

Het nieuwe proces van Motagamwala en collega's begint met fructose, die ze in een tweestapsproces omzetten in FDCA in een oplosmiddelsysteem dat bestaat uit een deel GVL en een deel water. Het eindresultaat is een hoge opbrengst aan FDCA die bij afkoeling gemakkelijk als een wit poeder van het oplosmiddel wordt gescheiden.

"Het gebruik van het GVL-oplosmiddel lost de meeste problemen met de productie van FDCA op, " zegt Motagamwala. "Suikers en FDCA zijn beide zeer goed oplosbaar in dit oplosmiddel, je krijgt hoge opbrengsten, en je kunt het oplosmiddel gemakkelijk scheiden en recyclen."

Andere kenmerken van het proces dragen bij aan de robuuste economie. Het systeem vereist geen kostbare minerale zuren voor katalyse, produceert geen afvalzouten, en u kunt de FDCA-kristallen van het oplosmiddel scheiden door het reactiesysteem eenvoudig af te koelen.

De techno-economische analyse van het team suggereert dat het proces momenteel FDCA kan produceren tegen een minimale verkoopprijs van $ 1, 490 per ton. Met verbeteringen, inclusief het verlagen van de grondstofkosten en het verkorten van de reactietijd, de prijs zou $1 kunnen bereiken, 310 per ton, wat hun FDCA kostenconcurrerend zou maken met sommige van fossiele brandstoffen afgeleide plasticprecursoren.

"We denken dat dit de gestroomlijnde en goedkope benadering is om FDCA te maken waar veel mensen in de kunststofindustrie op hebben gewacht, ", zegt Dumesic. "Onze hoop is dat dit onderzoek de deur nog verder opent naar kostenconcurrerende hernieuwbare kunststoffen."

De Wisconsin Alumni Research Foundation werkt aan een licentie voor GVL-technologie voor gebruik bij de productie van bioplastics.