Partner serwisu

Nowe zastosowanie drewna

Kategoria: Chemia

Powszechnie wiadomo, że drewno odgrywa znaczącą rolę w przemyśle budowlanym, meblarskim i chemicznym. Od niedawna funkcjonuje nowy kierunek jego zastosowania. Na bazie biomasy z tego właśnie surowca można bowiem dodatkowo wytwarzać tworzywo sztuczne.

Nowe zastosowanie drewna

    Obecnie w skali światowej uzyskuje się około 265 mln ton rocznie tworzyw sztucznych. Są one głównie wytwarzane z półproduktów ropy. „Skalny olej” w ostatnich latach nieustannie drożeje, a w dodatku eksperci przepowiadają, że jego wydobycie będzie już w najbliższych dziesięcioleciach malało. Naukowcy czują się zobowiązani do poszukiwania nowych i potrzebnych do produkcji tworzyw sztucznych. Jednym z nich okazała się lignina z drewna (K. Wiedemann, A. Ridder; Neue Energie, 60,1,2012). Lignina jest wielocząsteczkowym związkiem stanowiącym około 35% masy drzewnej. Do dziś była ona znacznym i uciążliwym odpadem przemysłu celulozowopapierniczego. Okazało się jednak, że na drodze katalitycznego uwodornienia można z niej uzyskać alifatyczne oraz aromatyczne alkohole. Z tej, która pochodzi z drzew liściastych, otrzymuje się między innymi wanilinę.

Przełomowe odkrycie
    Naukowcy Jürgen Pfitzer oraz Helmut Nägele z Instytutu Frauenhofera w Niemczech opracowali proces przetwarzania ligniny do termoplastycznego polimeru, który przy użyciu odpowiednich pras można na gorąco formować do dowolnych kształtów.
    Ten wielkocząsteczkowy związek jest swymi licznymi właściwościami podobny do polietylenu i może być przetwarzany w większości przypadków na tych samych maszynach.
    Dla wytwórczości nowego sztucznego tworzywa z ligniny – które nazwano arboform – powołano w Niemczech do życia specjalne przedsiębiorstwo pod nazwą Tecnaro, którego fabrykę zlokalizowano w miejscowości Ilsfeld- Auenstein koło Stuttgartu. Autorów tego nowego związku wyróżniono rozlicznymi dyplomami oraz odznaczeniami – między innymi Medalem Rudolfa Diesla przez Niemiecki Instytut Wynalazczości. Wynalazcy omawianego tworzywa sztucznego opracowali już jego różne odmiany, z których większość zawiera rozmaite dodatki modyfi kujące ich właściwości fizykochemiczne.

Rodzaje tworzyw
    Lignina z dodatkami bywa wielostopniowo przetwarzana do tworzywa z proszku oraz granulatu. Można ją przewozić w cysternach samochodowych, jak i kolejowych oraz w workach i kontenerach. Ważnym jest fakt, że lignina z drewna bywa dostępna we wszystkich regionach naszej planety i dzięki temu z łatwością zastępuje nieustannie drożejącą ropę.
    Na terenie Niemiec wśród drzew liściastych dominuje buk. Lignina z niego pochodząca okazuje się najlepszą do produkcji tworzywa termoplastycznego. W dodatku Niemcy wyróżniają się na terenie Europy (poza Rosją) uprawą drzew w największej skali, co jest niezwykle ważne w dalszym rozwoju gospodarki, dla której odnawialne surowce odgrywają rosnącą rolę.
    W fabryce Tecnaro lignina jest przetwarzana z różnymi komponentami i modyfikatorami. W podwyższonej temperaturze w uplastycznionej formie zostaje w postaci cienkich taśm kierowana przez system chłodniczy do granulatora.

Formowanie
    Przetwórcy tego tworzywa upłynniają go natomiast przez podgrzanie do wyznaczonej temperatury wytłaczają przez wytłaczarki do określonego kształtu wyrobu – jak przykładowo podeszwy damskiego obuwia.
    Systematycznie rozbudowywana fabryka termoplastycznych tworzyw sztucznych z ligniny Tecnaro stanowi ekonomicznie procesową bazę dla budowy biorafinerii, aby na tej drodze można było chemicznie przetwarzać z zyskiem, jak to bywa obecnie z przerobem ropy, biomasę.
    Tak doszło do budowy pierwszej w świecie lignocelulozowej biorafinerii w Leuna koło Merseburga. Przekazanie jej do eksploatacji zaplanowano na bieżący rok. Podstawowym surowcem tej biorafinerii będzie drewno bukowe, które stanowi 30% upraw w niemieckim leśnictwie.

Surowce odnawialne
    Zaletą przetwarzania drzewa bukowego w biorafinerii jest fakt, że nie znajduje ono zastosowania w przemyśle celulozowym (głównie w produkcji papieru), a w dodatku daje się relatywnie prostymi operacjami technologicznymi rozdzielić na jego główne składniki: celulozę, hemicelulozę oraz ligninę. Z celulozy oraz hemicelulozy można na drodze hydrolizy uzyskać różnego rodzaju cukry – między innymi glukozę. Te półprodukty dają się również przetworzyć do ważnego dla przemysłu petrochemicznego etylenu. We współczesnym, światowym przemyśle chemicznym nienasycone węglowodory są znaczącymi półproduktami wytwarzanymi głównie z ropy. Zaledwie ich 10% wytwarzane jest z odnawialnych surowców.
    W ostatnich latach przemysł chemiczny coraz bardziej interesuje się odnawialną bazą surowcową. Wśród nich wielkie w świecie koncerny chemiczne, takie jak Bayer oraz Evonic są akcjonariuszami biorafinerii budowanej w Leuna. Wymienione wyżej koncerny są zainteresowane między innymi wytwórczością taniego cukru z celulozy, ale jest to opłacalne przy jednoczesnym pozyskiwaniu ligniny z przetwarzanej biomasy.
    Przemysł meblarski potrzebuje ogromnych ilości klejów, które wytwarza się między innymi z formaldehydu oraz fenolu, a ten uzyskuje się z półproduktów przetwórstwa ropy. W Polsce jedyna wytwórnia fenolu znajduje się na terenie Polskiego Koncernu Naftowego ORLEN w Płocku. Okazuje się, że fenol można w wytwarzanych klejach zastąpić tańszą ligniną i tą drogą ich produkcja staje się nie tylko bardziej opłacalna, ale w dodatku znacznie bezpieczniejsza (istnieje możliwość zatrucia załogi).
    Gospodarka światowa przestawia się z nieodnawialnych surowców oraz źródeł energii na odnawialne. W niniejszym studium zaprezentowano oryginalny przykład tego typu: coraz droższą ropę, której zasoby wystarczą na zaledwie kilka dziesięcioleci, można w wytwórczości określonych chemikaliów zastąpić już teraz biomasą.

 

Autorzy: Włodzimierz Kotowski, Eduard Konopka

 Artykuł został opublikowany w magazynie "Chemia Przemysłowa" nr 2/2012

 Źródło fot.: www.sxc.hu

ZAMKNIJ X
Strona używa plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z Polityką Plików Cookies. OK, AKCEPTUJĘ