Переработка отходов в ценные ацетон и изопропанол: прорыв в устойчивом производстве
Исследователи из Делфтского технического университета (TU Delft, Нидерланды) представили новые высокоэффективные методы очистки изопропанола и ацетона, полученных путем ферментации отходных газов. Работа, опубликованная в Journal of Chemical Technology and Biotechnology, может значительно повысить жизнеспособность крупномасштабного производства этих химикатов.
Совокупный мировой рынок изопропанола и ацетона оценивается в $10 млрд. Оба вещества являются важными промышленными растворителями, а изопропанол также широко применяется в фармацевтике благодаря низкой токсичности. Традиционное производство зависит от ископаемого углерода, что становится менее выгодным из-за ужесточения экологических норм.
Устойчивая альтернатива
Перспективный метод — переработка промышленных отходных газов и синтез-газа (смеси CO и H2, получаемой из биоотходов) с помощью генетически модифицированных бактерий. Компания LanzaTech уже пилотирует эту технологию.
Ключевым барьером для масштабирования является стадия очистки продукта: из-за низкой концентрации в ферментационном бульоне требуется удалить огромное количество воды, не понеся высоких энергозатрат.
«Задача состояла в том, чтобы удалить большое количество воды на килограмм продукта без высоких энергозатрат. В нашем исследовании это было решено путем определения оптимальных условий эксплуатации, которые позволили значительно восстановить технологическое тепло», — пояснил профессор Антон А. Кисс, ведущий автор исследования.
Эффективные процессы очистки
Команда сосредоточилась на двух методах первичного выделения продуктов: вакуумной дистилляции и сквозной дистилляции.
«Вакуумная дистилляция — классический метод для извлечения летучих продуктов ферментации, а сквозная дистилляция — это новый метод разделения, который никогда ранее не применялся к сложным смесям», — отметил Кисс. Сквозная дистилляция не требует использования дорогостоящего охлаждения, необходимого для вакуумного метода.
В результате проектирования процессов промышленного масштаба были получены изопропанол и ацетон высокой чистоты с степенью извлечения более 99.2%. Все предложенные процессы оказались высококонкурентными как по стоимости, так и по воздействию на окружающую среду.
«Из-за возможных различий в доступности электроэнергии и теплоносителей оптимальная конструкция процесса должна выбираться в зависимости от конкретного местоположения завода», — добавил Кисс.
Путь к устойчивой промышленной ферментации
Новые процессы очистки знаменуют значительный шаг вперед. Теперь команда сосредоточена на очистке других ценных химических веществ.
«Мы разрабатываем процессы извлечения различных летучих химических веществ из ферментационного бульона, чтобы найти общие правила проектирования. Мы работаем над сотрудничеством, в рамках которого можем передать наши знания компаниям для внедрения этих разработок в промышленность», — заключил Кисс.