Идеи, которые принесут миллионы: синтез и очистка топлива из растительного сырья

Эвтектика — это особое явление, при котором смешиваются два вещества. По отдельности они обладают одной температурой плавления, а вместе — другой, причем более низкой. Эвтектика активно используется в промышленности и науке — в частности для того, чтобы уменьшить температуру плавления материалов и безопасно хранить и перевозить их. Это далеко не единственное применение эвтектики, но об этом пока мало кто знает. Андрей Шишов, кандидат химических наук и профессор СПБГУ, рассказал о методах использования эвтектических растворителей, а также о том, как они делают производство эффективнее и дешевле.

Растворители применяются практически во всех сферах современных технологий. Одна из таких — нефтедобыча, где нефть очищается от вредных примесей. Однако в трубопроводы все чаще поступает нефть с высоким содержанием серы. Она больше повреждает оборудование и загрязняет атмосферу: при сгорании сернистых примесей образуется токсичный серный ангидрид — газ, который вызывает раздражение дыхательных путей. Очистить нефтепродукт от серы может эвтектический магнитный растворитель. Он притягивает вещество с помощью магнита и поглощает его. Так растворитель снижает токсичность выбросов при использовании нефти и повышает его качество и цену — поставщики охотнее берут нефтепродукты с низким содержанием серы, чем наоборот.

Похожая проблема есть и в металлургии. Чтобы очистить горные породы от примесей, ученые предлагают использовать эвтектический растворитель. Если смешать его и горные породы, то получится паста, в которую можно поместить электроды. При правильном потенциале один из металлов — например, медь — начнет выделяться, и в итоге получится чистая руда. Другая сфера использования растворителей — бумажная промышленность. Чтобы изготовить бумагу, нужно разделить основной материал (например, древесную стружку) на лигнин и целлюлозу. Однако это возможно только при высоких температурах и давлении, что довольно дорого для производства.

Чтобы не помещать древесную стружку в ванные с кипящими агрессивными веществами, ученые используют эвтектический растворитель. Он способен выделить из материала чистый лигнин — очень устойчивый и твердый материал, который можно внедрить в биоразлагаемый пластик. Такой растворитель уменьшит затраты на производство бумаги и сделает его экологичнее: все разделенные компоненты находят применение. «Зеленая технология» набирает популярность в мире: несколько лет назад Голландия вложила около 20 миллиардов евро в развитие эвтектического растворителя для бумажной промышленности. В своем выступлении Андрей Шишов коснулся и косметологии. Как известно, экстракты разных трав, будь то ромашка или шиповник, обладают полезными веществами. Они добываются настоем трав на воде или экстракцией спиртом. Однако ученые заметили, что эти вещества и витамины лучше извлекать из самих растений, а не из их экстрактов. Например, можно залить ромашку эвтектическим веществом и не выделять из нее отдельную жидкость. Растворитель оставляет те компоненты, которые полезны для человеческого организма, и их можно сразу использовать в косметологии — например, сделать крем или сыворотку. Один из проектов, который развивается благодаря эвтектическим материалам в России — лазерный синтез. С помощью него ученые могут рисовать на стекле дорожку из меди, проводящую ток, и продвигать гибкую электронику. Но процесс довольно долгий — лазер продвигается всего на миллиметр в минуту. Андрей Шишов предложил намазать поверхность эвтектиком и оказалось, что этот материал ускоряет движение лазера в 150 раз.

Профессор рассказал об экологической пользе эвтектических растворителей. После выполнения своей функции они не образуют вредных веществ — летучих и токсичных паров, канцерогенов — которые нужно куда-то утилизировать. Эвтектические материалы созданы на основе растительного сырья, и представляют собой чистый продукт. Это касается и того, что создается с помощью растворителя. Например, Шишов говорит о том, что эвтектика делает эффективнее и технологически безопаснее электрохимию — производство аккумуляторов, электродов, сенсоров и солнечных батарей в том числе. Вложение в эвтектические растворители действительно принесет миллионы: как поставщику, так и компаниям, которые ими пользуются.

Автор: Ксения Земскова.

Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».