• 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
  • Link til 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

Højere hastigheden og mindre kompleksiteten skal sikre den europæiske konkurrenceevne

AktueltBranchenyt27. 03. 2023

Skal man koge det ned til ganske få ord, vil EU have mindre bøvl omkring sagsbehandlingerne. Det stod klat efter EU’s stats- og regeringschefer blev enige om, at man vil gøre reguleringen mere enkel og sagsbehandlingen i EU, mens hastigheden for sagsbehandlingen skal op i de enkelte

Dansk-tysk aftale er første skridt på vejen til en brintrørledning på tværs af grænsen

Energi24. 03. 2023

Brint og Power-to-X er set som værende en af de helt store teknologier i en mere grøn fremtid med vedvarende energi. For at det skal lykkedes, skal man have opbygget en infrastruktur, der kan håndtere fx brinten. Og det nu er første skridt taget til en fremtidig brintrørledning mellem Danmark og

Prisvindende gymnasielærer er fanatisk omkring STEM-fagene på den positive måde

BranchenytTop24. 03. 2023

Man forbinder det sjældent med noget godt, når folk er fanatiske, men i tilfældet med gymnasielærer Klaus Møller Kristensen fra Tradium Teknisk Gymnasium i Randers forholder det sig anderledes. For selv om han betegner sig som fanatisk omkring STM-fagene, er det på en så positiv måde, at han har

Pas på ramløgens giftige familiemedlemmer – de kan i værste fald være dødelige

AktueltMedicinalkemi23. 03. 2023

Med forårets komme er den populære urt ramsløg ved at titte frem i de danske skove. Og der er intet forgjort ved at tilsætte den til sin mad. Men man skal passe på, for den velsmagende urt har en giftig fætter - eller to. Den mest kendte er liljekonval. Planten indeholder en række toxiner, men

Hestebønner

Så er det lykkedes – afkodning af det gigantiske hestebønnegenom er gennemført

FødevarekemiKlima og miljøTop17. 03. 2023

Den proteinrige hestebønne anses for at have en lovende fremtid som fødevare. Den største udfordring hidtil har været, at hestebønnegenomet er så stort og komplekst, at det ikke har været muligt at karakterisere det. Det største kromosom i hestebønnegenomet svarer til hele det humane genom. Uden

Danmark er en blød mellemvare på ranglisten over kvindelige opfindere

AktueltBranchenyt17. 03. 2023

En europæiske liste over patentansøgninger viser det tydeligt. Danske opfindelser er udtænkt af mænd. Kun ved én ud af ti danske patentansøgninger står en kvinde bag, og det gør Danmark i bedste fald en blød mellemvare på det område. Det lave antal kvindelige opfindere i forhold til antal mænd,

Pulje med midler til grøn bioraffinering er blevet løbet over ende

AktueltBioteknologi17. 03. 2023

Interessen for at komme i gang med bioraffinering er stor. Så stor, at en pulje, der har midler som kan støtte op om udviklingen af teknologien, er blevet løbet over ende. Puljen rummer 5 mio. kr. til uddeling i 2022, 2023 og 2024, og i år har Landbrugsstyrelsen modtaget ansøgninger om tilskud

Bedre forståelse af den græske Ouzo-effekt kan på sigt føre til bedre emulsioner

KemiteknikMedicinalkemi17. 03. 2023

Nogle kalder drikken Ouzo for Grækenland på flaske, men den anissmagende græske brændevin, der er landets nationaldrik, gemmer også på en hemmelighed, der på sigt kan føre til bedre emulsioner. Normalt er Ouzo en klar væske, men når den blandes med vand forvandles den til en mælkehvid opløsning.

Lettere adgang til supercomputere rummer store perspektiver for dansk forskningsmiljø

Branchenyt16. 03. 2023

Bedre medicin, klimaoptimeret byggeri og mere viden om fjerne galakser. Mulighederne er store, når man har den massive regnekraft fra supercomputere til rådighed. Og dem får forskere nu lettere adgang til takket være DeiC Integration Portal. Bag initiativet til den nye portal står The Danish

Hvordan fungerer en LED-lyskilde?

Energi16. 03. 2023

LED-lys har i de seneste år taget verden med storm og har vundet popularitet som en energieffektiv, holdbar og alsidig form for belysning. Men hvad er kemien bag LED-lys? LED (Light Emitting Diode) fungerer ved hjælp af en halvleder, der er placeret mellem to ledende materialer. Når en elektrisk

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





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

/Nyheder

  • DENIOS ApS

    Sådan sparer du rengøringen efter vedligeholdelsesarbejde

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Sikker køling af salat takket være vakuumteknologi

  • Metrohm Nordic

    Kom med på IC-kursus med Metrohm!

  • MD Scientific

    Shodex polymer-baserede HPLC kolonner – se det nye katalog

  • Mikrolab Aarhus A/S

    Kom til Mikrolab Seminardag d. 25 april!

  • Kem-En-Tec Nordic

    ANB Sensors går i partnerskab med Kem-En-Tec Nordic A/S i distributionen af nye, revolutionerende pH sensorer i Danmark, Sverige, Norge og Finland

  • DENIOS ApS

    Øg sikkerheden ved dit opsamlingskar med tre små justeringer

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Vakuum bevarer den gode smag

  • Metrohm Nordic

    NIRS DS2500 Analyzers – til polymerer, petrokemi, kemikalier, pharma, palmeolie, produkter til personlig pleje m.m.

  • DENIOS ApS

    35 krav du ikke må misse, når du opbevarer gasflasker udendørs

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Højere hastigheden og mindre kompleksiteten skal sikre den europæiske konkurrenceevne

    27.03.2023

  • Dansk-tysk aftale er første skridt på vejen til en brintrørledning på tværs af grænsen

    24.03.2023

  • Prisvindende gymnasielærer er fanatisk omkring STEM-fagene på den positive måde

    24.03.2023

  • Pas på ramløgens giftige familiemedlemmer – de kan i værste fald være dødelige

    23.03.2023

  • Så er det lykkedes – afkodning af det gigantiske hestebønnegenom er gennemført

    17.03.2023

  • Danmark er en blød mellemvare på ranglisten over kvindelige opfindere

    17.03.2023

  • Pulje med midler til grøn bioraffinering er blevet løbet over ende

    17.03.2023

  • Bedre forståelse af den græske Ouzo-effekt kan på sigt føre til bedre emulsioner

    17.03.2023

  • Lettere adgang til supercomputere rummer store perspektiver for dansk forskningsmiljø

    16.03.2023

  • Hvordan fungerer en LED-lyskilde?

    16.03.2023

  • Danske forskere på vej med en løsning til at fjerne og nedbryde PFAS i ét trin

    15.03.2023

  • Millionbevillig til patentvoucherordning skal give flere blod på tanden

    15.03.2023

  • Minister vil teste for næsten dobbelt så mange PFAS-stoffer i drikkevandet

    15.03.2023

  • Nyt sekventeringsudstyr til SDU efter million-bevilling fra A.P. Møller Fonden

    15.03.2023

  • Den er god nok – gigtramte kan godt forudsige omskift i vejret

    14.03.2023

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