Otrzymywanie czystych związków krzemu, wykorzystywanych później m.in. do produkcji żywic silikonowych, to dziś bardzo drogi i emitujący duże ilości węgla proces. Naukowcy z Uniwersytetu Michigan znaleźli jednak alternatywę – pozyskiwanie krzemu z plewek ryżu!
Fot. kanroo / freeimages.com
Stosowana dziś metoda otrzymywania związków krzemu wymaga podgrzania kopalnego metalu krzemowego i węgla antracytowego do temperatury 3500°C w elektrycznym piecu łukowym. To wyjątkowo kosztowna i szkodliwa dla środowiska technologia.
Profesor Richard Laine, badacz z Michigan który opracował alternatywną innowacyjną technikę, przekonuje, że nie tylko pozwoli ona zmniejszyć koszt aż o 90%, ale również zapobiegnie emisji sześciu ton węgla na tonę wyprodukowanych związków krzemu.
Ziarno od plew
Cenną krzemionkę zawiera większość odpadów rolnych, ale jej wyodrębnienie i wykorzystanie nie jest tak proste – naukowcy poszukują na to skutecznych sposobów już od lat 80. Prof. Laine podjął wyzwanie. W swoich badaniach postanowił wykorzystać plewki oddzielane w procesie przetwarzania ryżu.
Plewka stanowi najbardziej zewnętrzną warstwę ziarna ryżu. W pierwszym etapie przetwarzania tego zboża jest ona usuwana i stanowi odpad; każdego roku na całym świecie otrzymujemy w ten sposób setki milionów ton plewek. Część z nich jest palona, by uzyskać energię elektryczną. Pozostały popiół, zawierający duże ilości krzemionki, zwykle ląduje na wysypiskach.
W procesie przetwarzania ryżu usuwane są plewki, które mogą być cennym źródłem związków krzemu.
Fot. poohsayhi / freeimages.com
Zerwać wiązanie
Wyodrębnienie krzemionki z plewek jest trudne przede wszystkim dlatego, że krzem jest silnie związany z tlenem – to jedno z najsilniejszych wiązań, jakie istnieją w naturze. Prof. Laine znalazł dwuetapowy sposób na jego zerwanie: glikol etylenowy (środki zapobiegające zamarzaniu) oraz etanol (alkohol zbożowy).
Środek zapobiegający zamarzaniu wymieszany z odrobiną wodorotlenku sodu osłabia chemiczne wiązanie między krzemionką a popiołem ze spalonych plewek ryżu, co umożliwia uzyskanie płynnego roztworu krzemionki. Tak otrzymany roztwór jest podgrzewany do 390°C, wskutek czego powstaje polimer. Po odfiltrowaniu dodany zostaje alkohol zbożowy, który wypiera glikol etylenowy. A z tak powstałego roztworu w procesie destylacji można już łatwo wyekstrahować związki krzemionki.
Fabryki przy polach ryżowych
Technologia ta ma zostać skomercjalizowana przez firmę Mayasil z Michigan. Obecnie w jej zakładzie dopracowywany jest proces wytwarzania związków krzemu na wielką skalę. Prof. Laine twierdzi, że jeśli uda się uruchomić produkcję, będzie to prawdziwa rewolucja w pozyskiwaniu i przetwarzaniu tego typu związków. Produkujące je fabryki będą budowane najprawdopodobniej bezpośrednio przy polach ryżowych.
„Zielona” technika pozyskiwania związków z krzemu z odpadów rolnych opisana została dokładnie w artykule pod tytułem Avoiding carbothermal reduction: Distillation of alkoxysilanes from biogenic, green, and sustainable sources w czasopiśmie „Agewandte Chemie”. Prof. Laine otrzymał już za nią nagrodę Michigan Green Chemistry Governor’s Award 2015.
Źródło: pcimag.com
