Een onderzoek van het Center for Integrated Technology and Organic Synthesis (CiTOS) laat zien hoe glycerolcarbonaat, een industrieel additief uit biologische bronnen, in recordtijd kan worden geproduceerd met behulp van CO₂ en een bijproduct van de recyclingindustrie voor bakolie.

Deze studie, uitgevoerd in samenwerking met een team van het Centre for Studies and Research on Macromolecules (CERM) onder de paraplu van een Concerted Research Action en gepubliceerd in Angewandte Chemie International Edition , legt de basis voor een continue industriële productie.

Ambitieuze R&D- en productierichtlijnen in Europa stimuleren de integratie van innovatieve technologieën om de impact op het milieu te verminderen en af ​​te stappen van een exclusieve afhankelijkheid van petrochemische hulpbronnen. In deze context ontwikkelen onderzoekers van CiTOS, onder leiding van Jean-Christophe Monbaliu, nieuwe processen die de voorkeur geven aan moleculen die zijn afgeleid van biomassa.

Glycerol is vanwege zijn overvloed een belangrijk doelwit onder deze biogebaseerde moleculen. Glycerol is voornamelijk afkomstig uit de biodieselindustrie en de recycling van bakolie; de lage economische waarde heeft het tot nu toe tot de status van afval gedegradeerd. Een andere verspilling werd publieke vijand nummer één:CO₂ , is een industrieel gasvormig effluent met een lage economische waarde.

Door hun respectieve expertisegebieden te combineren, hebben de teams van CiTOS (organische chemie met continue stroom in micro-/mesofluidische reactoren en het upgraden van biogebaseerde verbindingen) en CERM (synthese van organische materialen uit CO₂ ) ontwikkelen nieuwe methoden om glycerol en CO₂ te valoriseren naar moleculen met een hoge toegevoegde waarde.

Glycerolcarbonaat, dat formeel het resultaat is van de condensatie van glycerol en CO₂ , is onlangs een rijzende ster geworden. Het biedt verschillende voordelen ten opzichte van andere carbonaten op aardoliebasis, zoals ethyleen- en propyleencarbonaten, die belangrijke elektrolytdragers zijn in lithiumbatterijen.

De aanzienlijk lagere ontvlambaarheid ervan zou de brandrisico's die inherent zijn aan deze batterijen aanzienlijk kunnen verminderen. Het carbonaat kan ook worden gebruikt als biosmeermiddel, formuleringsmiddel of alternatief groen oplosmiddel. "Ondanks dit potentieel blijft de huidige markt voor glycerolcarbonaat zeer beperkt", zegt Jean-Christophe Monbaliu. "De belangrijkste reden is dat de huidige productieprocessen traag en duur zijn. Ons werk is bezig om daar verandering in te brengen."

Het werk is gebaseerd op een hybride benadering die fundamentele en toegepaste organische chemie combineert:een gedetailleerde studie van het mechanisme door middel van kwantumchemie en de inzet ervan onder mesofluidische omstandigheden convergeren naar een uniek geïntensiveerd proces. Het proces, gevalideerd op pilotschaal, transformeert een direct derivaat van glycerol, namelijk glycidol, in aanwezigheid van CO₂ en een organische katalysator tot glycerolcarbonaat.

De efficiëntie van het proces, dat in minder dan 30 seconden voltooid is, overtreft ruimschoots alle huidige processen voor de productie van glycerolcarbonaat. "Zulke gunstige cijfers openen ongekende perspectieven voor een potentiële toekomstige industrialisatie", besluit Jean-Christophe Monbaliu.

Meer informatie: Claire Muzyka et al, geïntensiveerd continu stroomproces voor de schaalbare productie van biogebaseerde glycerolcarbonaat, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI:10.1002/anie.202319060

Journaalinformatie: Angewandte Chemie Internationale Editie

Aangeboden door Universiteit van Luik