• Facebook
  • Instagram
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Klimateknologi

Kemiteknik25. 11. 2021 | heidit

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

Kemiteknik25. 11. 2021 By heidit

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: Kemiteknik

 

Seneste nyt fra redaktionen

Ferietiden er over KemiFokus

Branchenyt29. 06. 2022

I den næste måneds tid holder KemiFokus ferielukket, men vi er tilbage onsdag den 3. august

Ser bare Tour de France – med god klima-samvittighed

Klima og miljø27. 06. 2022

Når verdens største cykelløb kommer til landet om nogle dage, er det et kæmpe arrangement, der er stablet på benene. Nogle vil måske have det lidt svært med den sammenhæmg. For mens cyklen er klimasmart, er hele Tour-karavanen det jo ikke. De skal bl.a. flyves frem og tilbage, så er den

Fiber-flaske kommer et skridt tættere på

Klima og miljø27. 06. 2022

I løbet af sommeren vil forbrugere i otte europæiske lande få mulig for at teste deres Fiber Bottle, der blev præsenteret ved “C40 World Mayors Summit” i 2019, men egentligt har udviklingen været i gang siden 2015. Fiber Bottle-flasken, som Carlsberg nu vil teste i otte europæiske lande (Danmark,

Fra bøvlet etiket-bagpapir til isoleringsmateriale

Branchenyt27. 06. 2022

Det silikone-belagt bagpapir fra etiketter har alle dage været noget bøvlet, hvis man tale om genanvendelse. Men nu er der lys forude, for det er lykkedes for virksomhederne UPM Raflatac, Inosence Polyol Oy og Finnfoam at finde en metode, hvor papiret ender sine dage som isoleringsmateriale.

Et skridt tættere på at kunne nedfryse organer

MedicinalkemiTop24. 06. 2022

Australske forskere har opfundet en slags frostvæske, der skulle gøre dem i stand til at nedfryse organer, ligesom vi kender det var fx æg og sæd. Forskerholdet opdagede, at et såkaldt kryobeskyttelsesmiddel bestående af prolin og glycerol, var effektivt til alle fire testede celletyper,

Epilepsi-medicin kan måske hjælpe patienter med tilstanden NF1

AktueltMedicinalkemi24. 06. 2022

Lægemidlet Lamotrigin, der gives mod både epilepsi og såkaldt stemningsstabiliserende medicin ved bipolar lidelse, har vist sig måske at have en tredje funktion. Det viser et nyt forskningsresultat. Lægemidlet ser ud til at kunne stoppe tumorvæksten ved tilfælde af neurofibromatose type 1 (NF1).

Første carbon-nanobånd i Möbius-form

AktueltNanoteknologi23. 06. 2022

En række forskere er lykkedes med at fremstille et carbon nanobånd med en Möbius-struktur. Et Möbius-bånd har kun én overflade og en kant. Möbius kulstof nanobåndet var et drømmemolekyle i det videnskabelige samfund, efter vi rapporterede den første kemiske syntese af et kulstof nanobånd - et

Glemt reaktor-type giver massevis af energi

Energi22. 06. 2022

Atomaffald lyder som noget ubrugeligt, men affaldet er smækfyldt med energi. Faktisk kan den nuværende mængde atomaffald i USA forsyne netop USA med energi i de næste cirka 100 år. Hemmeligheden, eller rettere den glemte reaktortype, har været kendt siden 1950´erne, og Experimental Breeder

Uddannelse i kvantevidenskab er lige på trapperne

AktueltBranchenyt21. 06. 2022

Kvantevidenskab er stærkt på vej over det meste af verden, og for at kunne holde trit, er Københavns Universitet og DTU gået sammen om at åbne den første uddannelse i kvantevidenskab. Endnu er kvantevidenskaben ikke slået igennem, men der arbejdes hårdt på kvantecomputere. Fx har DTU anvendt

Gavekort fik unge voksne til at nedtone risiciene ved Covid-19

Branchenyt21. 06. 2022

Da covid-19 hærgede tidligere, var mange af de sociale aktiviteter lukket med. Men nu viser ny svensk forskning, at man alene ved hjælp af et gavekort kunne få unge voksne i Sverige, til at nedtone risiciene ved pandemien - så de kunne komme på café og få brugt et gavekortet. Det viser en ny

Tilmeld Nyhedsbrev


Arkiv over seneste nyhedsbreve




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

/Nyheder

  • DENIOS ApS

    Hvordan tjekker du, om dit lithiumbatteri er defekt?

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Skruevakuumpumper til Arc PVD Coating

  • Din foretrukne samarbejdspartner indenfor salg, service og kalibrering af laboratorieudstyr

    Service og kalibrering

  • Mikrolab Aarhus A/S

    Mikrolab Opvaskestativer

  • DENIOS ApS

    Gør din opbevaring og transport af gasflasker sikrere med ét redskab

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Vakuumteknologi forbedrer egenskaberne i fjernvarmenettet

  • LABDAYS – Fagmesse for Laboratorieteknik

    GRATIS Adgangskort til LabDays

  • Drifton

    Peristaltisk pumpe med høj præcision og innovativt flerkanals pumpehoved

  • DENIOS ApS

    Tre ting, du bør tjekke, inden du skyder sommerferien i gang

  • Bisco Vægte A/S

    Få dine vejeresultater over på PC

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Ferietiden er over KemiFokus

    29.06.2022

  • Ser bare Tour de France – med god klima-samvittighed

    27.06.2022

  • Fiber-flaske kommer et skridt tættere på

    27.06.2022

  • Fra bøvlet etiket-bagpapir til isoleringsmateriale

    27.06.2022

  • Et skridt tættere på at kunne nedfryse organer

    24.06.2022

  • Epilepsi-medicin kan måske hjælpe patienter med tilstanden NF1

    24.06.2022

  • Første carbon-nanobånd i Möbius-form

    23.06.2022

  • Glemt reaktor-type giver massevis af energi

    22.06.2022

  • Uddannelse i kvantevidenskab er lige på trapperne

    21.06.2022

  • Gavekort fik unge voksne til at nedtone risiciene ved Covid-19

    21.06.2022

  • Ny metode kan lettere opdage kromosom-fejl

    21.06.2022

  • Kastede corona nogle gode idéer af sig?

    21.06.2022

  • Et billigt jern-mineral, CO2 fra atmosfæren og sollys er vejen til myresyre-brændstof

    20.06.2022

  • Langt flere mænd end tidligere antaget har ekstra kønskromosomer

    14.06.2022

  • Bæredygtigt landbrug kræver en helhedsorienteret vision

    14.06.2022

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
Denne hjemmeside benytter cookies. Acceptér Afvis Læs mere om vores brug af cookies her: Brug af cookies
Privacy & Cookies Policy

Privacy Overview

This website uses cookies to improve your experience while you navigate through the website. Out of these, the cookies that are categorized as necessary are stored on your browser as they are essential for the working of basic functionalities of the website. We also use third-party cookies that help us analyze and understand how you use this website. These cookies will be stored in your browser only with your consent. You also have the option to opt-out of these cookies. But opting out of some of these cookies may affect your browsing experience.
Necessary
Altid aktiveret
Necessary cookies are absolutely essential for the website to function properly. This category only includes cookies that ensures basic functionalities and security features of the website. These cookies do not store any personal information.
Non-necessary
Any cookies that may not be particularly necessary for the website to function and is used specifically to collect user personal data via analytics, ads, other embedded contents are termed as non-necessary cookies. It is mandatory to procure user consent prior to running these cookies on your website.
GEM & ACCEPTÈR