• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik25. 11. 2021 | Heidi Thode

5-HMF kan erstatte olie – men de bedste produktionsmetoder skal stadig findes

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik25. 11. 2021 By Heidi Thode

Læs originalartiklen her

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 6, 2021 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

Ioniske væsker har potentiale til at forbedre produktionen og oprensningen af 5-HMF.

Af Steffen Domy, Yuqiu Chen og Xiaodong Liang, Cere og KT Consortium, DTU Kemiteknik

5-Hydroxymethylfurfural (5-HMF) betegnes som den sovende kæmpe (”sleeping giant”) i kemiindustrien [1]. Dens enorme potentiale på fremtidens marked gør 5-HMF til en spændende aktør i den kemiske branche. 5-HMF har mange anvendelsesmuligheder, som kan erstatte oliebaserede produkter, som industrien gerne skal bevæge sig væk fra af hensyn til klimaet. Faciliteter, der producerer 5-HMF, eksisterer allerede, men der skal stadig forskes i forskellige produktionsprocesser for at gøre det mere konkurrencedygtigt.

Hvorfor er 5-HMF så interessant?
Det er det amerikanske energiministerium, som tilskriver 5-HMF det store potentiale i en rapport om forskellige biomasse-baserede kemikalier [2]. 5-HMF har mange anvendelsesmuligheder grundet de organiske grupper i dens struktur, som kan ses i figur 1. Ofte er 5-HMF et mellemprodukt til andre kemikalier, som for eksempel levulinsyre og myresyre, men kan også bruges som solvent i forskellige produktionsprocesser [3]. Det er specielt inden for energi- og tekstilindustrien, der er meget stort potentiale, da det kan erstatte plastik og brændstof fra konventionel olie. 5-HMF kan også produceres ved at bruge biomasse, hvilket også giver muligheden for en mere bæredygtig, lokal og uafhængig produktion af de kemikalier, der bruges i hverdagen. Figur 2 viser, hvilke kemikalier der kan dannes med 5-HMF [4].

Produktionsmetoder og aktuelle udfordringer
Den simpleste måde at danne 5-HMF på er ved at dehydrere fruktose, hvorved også vand dannes som biprodukt. Af både etiske og økonomiske årsager kan det være bedre ikke at bruge produkter fra fødevareindustrien, men at anvende cellulosebaseret biomasse i stedet for. Det giver også muligheden for brug af biomasseaffald, der ellers ikke ville blive brugt. Cellulosen fra biomassen kan hydrolyseres til glukose, hvilket derefter kan isomeriseres til fruktose. Det kan både gøres ved brug af forskellige syrer, men enzymer er også en mulighed. I den endelige dehydreringsreaktion skal der anvendes Brøndsted-syrer. Derefter skal 5-HMF ekstraheres og renses, hvilket kan gøres på forskellige måder. Der er mange muligheder til valget af solvent under processen, men vand er ret oplagt, da dannelsen af vand under syntesen ikke er særlig forstyrrende der.
Et af de store problemer ved produktionen af 5-HMF er dens tilbøjelighed til at danne mange forskellige karbonbaserede biprodukter, på engelsk kaldet for humins, hen ad vejen. Disse humins har i mange år været grunden til det lave udbytte fra reaktionerne. Her viser vand sin ulempe, da vand som solvent er det, der skaber de fleste biprodukter af alle solventer. Et andet stort problem ved produktionen er downstream-processen. Det er meget svært at separere 5-HMF fra solventen og de andre stoffer. En stor del af forskningen har primært beskæftiget sig med separationsproblemet.
Destillering er en ofte brugt metode, men koster for meget energi, når det er vand, der skal destilleres. Af den grund har man forsket meget i væske-væske ekstraktion. Ekstraktionen giver først og fremmest muligheden for at isolere 5-HMF fra biprodukterne, og destillering bliver en mulighed, hvis man bruger flygtige, organiske ekstraktionssolventer. Det kan være fordelagtigt at kombinere reaktionen og ekstraktionen i én procesenhed, hvor 5-HMF ekstraheres lige efter, det er blevet dannet.
Der er blevet forsket i mange forskellige kombinationer af katalysatorer, solventer og rensningsmetoder. Her er det favorabelt at bruge processimuleringer til at finde de bedste designs og evaluere deres effektivitet.

Procesdesign med ioniske væsker
En relativ ny metode er at bruge ioniske væsker, som potentielt kan skabe en mere energieffektiv proces og samtidig øge renligheden af 5-HMF. Ligesom 5-HMF anses ioniske væsker også som et stof, der kan skabe en grønnere fremtid. Ioniske væsker er salte, der består af en organisk kation og en organisk eller uorganisk anion. De er flydende ved relativt lave temperaturer, normalt under 100°C, og har samtidig en meget lav flygtighed. De har mange anvendelsesmuligheder som solventer eller i separationsprocesser, og de har vist katalytiske evner i nogle reaktioner. Den lave flygtighed gør det oplagt at bruge dem i destilleringer. I produktionen af 5-HMF kan det kombineres med væske-væske ekstraktion, hvorefter 5-HMF destilleres fra den ioniske væske. Ved andre destilleringer med 5-HMF er det solventen, der fordampes, men her er det omvendt. Fordampningen af 5-HMF skaber problemer i forhold til den termiske denaturering af 5-HMF, som har et kogepunkt på 291°C. Trods dette er der forskning, der viser et potentiale for dette ved brug af tilsætningsstoffer og lavt tryk under destilleringen [5]. Figur 3 viser et potentielt design af processen på større skala.
Der er stadig mange usikkerheder ved produktionen af 5-HMF, og det kan være svært at tage de rigtige valg i de forskellige dele af processen. Valget af solvent, katalysator eller kombination af de to har stor indflydelse på, hvilken downstream-proces der er mest effektiv og bæredygtig. Processen skal som helhed være bæredygtig, så derfor er det også nødvendigt at teste dem som helhed. Det kan være ret vanskeligt, når stoffer som ioniske væsker bliver brugt. Der er metoder til at overkomme denne hindring, men de kan være upålidelige, og eksperimentelle data er nødvendige. Det er derfor stadig svært at analysere effektiviteten af færdige processer, hvor ioniske væsker bruges.

5-HMF’s fremtid
Meget af forskningen omkring 5-HMF er fokuseret på enkelte enhedsoperationer, som for eksempel reaktoren eller destilleringen, men der mangler stadig analyser og vurderinger af større processer. Mange publikationer har for eksempel fokuseret på monosakkarider som substrat og ikke på cellulose fra biomasse. Overordnede økonomiske- og livscyklusvurderinger er stadig nødvendige og kan vise, hvilke enhedsoperationer der skal fokuseres på [7]. At bringe de to relativt nye grønne spillere, 5-HMF og ioniske væsker, sammen, er et interessant og udfordrende projekt, men det er langt fra sikkert, at det er vejen frem i 5-HMF-produktionen. Det kan godt ende med, at de nye teknologier, der skal erstatte olie, er dyrere grundet olieindustriens dominans på markedet og årtiers forspring i forskningen. Lige meget hvad, så er oliens tid ved at være til sin ende, og materialer som 5-HMF kommer til at være uundgåelige.

E-mail:
Steffen Domy: steffend@hotmail.dk
Xiaodong Liang: xlia@kt.dtu.dk

Referencer
1. K.I. Galkin, V.P. Ananikov, When Will 5-Hydroxymethylfurfural, the “Sleeping Giant” of Sustainable Chemistry, Awaken?, ChemSusChem. 12 (2019) 2976-2982. https://doi.org/10.1002/cssc.201900592.
2. T. Werpy, G. Petersen, Top Value Added Chemicals from Biomass, U.S. Dep. Energy. 1 (2004) 76. https://doi.org/10.2172/926125.
3. A. Mukherjee, M.J. Dumont, V. Raghavan, Review: Sustainable production of hydroxymethylfurfural and levulinic acid: Challenges and opportunities, Biomass and Bioenergy. 72 (2015) 143-183. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2014.11.007.
4. R.J. Van Putten, J.C. Van Der Waal, E. De Jong, C.B. Rasrendra, H.J. Heeres, J.G. De Vries, Hydroxymethylfurfural, a versatile platform chemical made from renewable resources, Chem. Rev. 113 (2013) 1499–1597. https://doi.org/10.1021/cr300182k.
5. Z. Wei, Y. Liu, D. Thushara, Q. Ren, Entrainer-intensified vacuum reactive distillation process for the separation of 5-hydroxylmethylfurfural from the dehydration of carbohydrates catalyzed by a metal salt–ionic liquid, Green Chem. 14 (2012) 1220-1226. https://doi.org/10.1039/c2gc16671b.
6. A. Andreas, J. Kruse, Ioniske væsker, (n.d.).
7. C. Thoma, J. Konnerth, W. Sailer-Kronlachner, P. Solt, T. Rosenau, H.W.G. van Herwijnen, Current Situation of the Challenging Scale-Up Development of Hydroxymethylfurfural Production, ChemSusChem. 13 (2020) 3544–3564. https://doi.org/10.1002/cssc.202000581.

BOKS:
Ioniske væsker anses som et miljøvenligt alternativ, der kan erstatte mange organiske solventer på grund af deres lave flygtighed og høje termiske stabilitet. De første ioniske væsker, der blev fremstillet for over 100 år siden, havde ikke gode egenskaber, men en ny generation af ioniske væsker har vakt opmærksom de seneste år. I produktionen af 5-HMF kan nogle ioniske væsker også bruges som solvent i reaktoren [6].

Skrevet i: Artikler fra Dansk Kemi, Kemiteknik

Seneste nyt fra redaktionen

Vil du stå i spidsen for et af Danmarks ældste fagblade – Dansk Kemi søger ny redaktør

Top17. 09. 2025

Da vores redaktør, Hanne Christine Bertram, stopper, søger vi en redaktør til et af Danmarks ældste fagtidsskrifter, Dansk Kemi. Dansk Kemi bringer aktuel og dybdegående information om kemien og dens udvikling inden for industri, forskning og uddannelse. Bladet er desuden medlemsblad for Kemisk

Jubilæumsudgaven af Labdays i Aarhus er kommet godt fra start

BranchenytTop10. 09. 2025

Lige fra morgenstunden stod de første besøgende klar til at komme ind på LabDays messen, der i år afholdes i smilets by, Aarhus. Her kunne de finde oplagte udstillere, der gennem messens to dage står klar til at præsentere deres produkter, der inkluderer alt indenfor laboratorieverdenen. Der ud

Kvantealgoritmer og kemisk forståelse i åbne systemer

AktueltArtikler fra Dansk Kemi03. 09. 2025

Fra myten om den heroiske beregning til realistiske simuleringer af elektronoverførsel i åbne systemer med hukommelse. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Lea K. Northcote1,2 og

Grøn kemi, affald og plast

AktueltArtikler fra Dansk KemiGrøn omstilling26. 08. 2025

Grøn kemi – læren om hvordan kemi udføres bæredygtigt og sikkert – bliver kun vigtigere. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Christine Brænder Almstrup og Mikael Bols, Kemisk

Det gyldne mikrobiom: Tarmbakterier som kilde til det essentielle B-vitamin riboflavin

AktueltArtikler fra Dansk KemiBiokemiBioteknologiMedicinalkemi20. 08. 2025

Riboflavin er et essentielt vitamin, der spiller en nøglerolle for vores sundhed samt for at opretholde et sundt tarmmikrobiom. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Emmelie Joe

Antibiotikaresistens i vores naturlige miljøer

AktueltArtikler fra Dansk KemiBiologi12. 08. 2025

Spredning af antibiotikaresistens kan ske via mineraloverflader. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Karina Krarup Svenninggaard Sand, associate professor, Globe Institute,

Nye metoder giver indsigt i plantebaseret strukturdannelse

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi04. 08. 2025

Et afsluttet ph.d.-projekt fra Institut for Fødevarer ved Aarhus Universitet. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Julie Frost Dahl*, Sandra Beyer Gregersen og Milena Corredig,

Hofmeister – nem at anvende, svær at forstå

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi23. 06. 2025

Franz Hofmeister opløste æggehvide i vandige saltopløsninger. En artikel fra 1888 beskriver, hvordan nogle ioner får proteiner til at udfælde, mens andre ioner har den modsatte effekt. Fødevarekemien bruger stadig Hofmeister, men langt mere nuanceret. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3,

Udvinding af fødevareproteiner fra kløvergræs ved membranteknologi

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi17. 06. 2025

Hvis kløvergræs skal kunne anvendes som ny ressource til udvinding af fødevareproteiner, kan membranteknologi være vejen frem. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Mette Lübeck, Mads

Trinatriumhexafluo… hvad for noget?

AktueltArtikler fra Dansk KemiHistorisk kemi09. 06. 2025

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) I år fejrer man internt i IUPAC 20-året for offentliggørelsen af The Red Book (i det følgende blot "RB2005") med anbefalinger vedrørende

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • Busch Vakuumteknik A/S

    OTTO Digital Services til systemer

  • DENIOS ApS

    Sådan får du op til 50 % mere lagerkapacitet

  • Holm & Halby

    VidensDage 2025: To dage med viden, visioner og værdi

  • Holm & Halby

    LAF kabinetter: Er du rustet til den nye EN12469 / Annex 1

  • Drifton

    Mød Drifton og DACOS på LabDays 2025 i Aarhus

  • DENIOS ApS

    Hvordan håndterer du noget, du ikke kan se?

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Vægtbytte er blevet opdateret: Nu får du flere muligheder

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Busch Vacuum Solutions fremviser avancerede produkter fra Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions på LabDays

  • Dansk Laborant-Forening/HK

    LABORANTER CAND.ALT.

  • Kem-En-Tec Nordic

    Lad os fortsætte traditionen – vi ses på LabDays!

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Vil du stå i spidsen for et af Danmarks ældste fagblade – Dansk Kemi søger ny redaktør

    17.09.2025

  • Jubilæumsudgaven af Labdays i Aarhus er kommet godt fra start

    10.09.2025

  • Kvantealgoritmer og kemisk forståelse i åbne systemer

    03.09.2025

  • Grøn kemi, affald og plast

    26.08.2025

  • Det gyldne mikrobiom: Tarmbakterier som kilde til det essentielle B-vitamin riboflavin

    20.08.2025

  • Antibiotikaresistens i vores naturlige miljøer

    12.08.2025

  • Nye metoder giver indsigt i plantebaseret strukturdannelse

    04.08.2025

  • Hofmeister – nem at anvende, svær at forstå

    23.06.2025

  • Udvinding af fødevareproteiner fra kløvergræs ved membranteknologi

    17.06.2025

  • Trinatriumhexafluo… hvad for noget?

    09.06.2025

  • Prisen på grisen: Hvad koster oprensning af beskidt CO2?

    02.06.2025

  • Der er brug for lange måleserier af miljøparametre

    26.05.2025

  • Chemical ionization mass spectrometry in atmospheric studies

    19.05.2025

  • Gamle processer, nye muligheder: Nyt kemisk-biologisk koncept til CO2-fangst og omdannelse

    14.05.2025

  • Centrotherm clean solutions bliver til Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions

    14.05.2025

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk
Privatlivspolitik
Cookiepolitik