Zelená chemie Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Jaromír Literák Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Biomasa jako zdroj surovin Hmota biologického původu z živých nebo nedávno živých organismů. Obvykle se tímto termínem označuje hmota rostlinného původu. Po dlouhou dobu pro lidstvo hlavní zdroj energie a materiálů. Přechod z fosilních zdrojů surovin na biomasu si vyžádá podstatnou změnu technologických postupů v chemickém průmyslu. Podstatné rozdíly ve složení, biomasa obsahuje mnohem více elektronegativních prvků (O, N) než fosilní suroviny. Biomasa je složitou směsí, složky jsou tepelně nestálé, nelze destilovat. Produkce biomasy se soustředí na venkov, je rozptýlena, daleko od zpracovatelského průmyslu. Problém transportu. Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Ligno-celulosová biomasa Sušinu rostlin tvoří z 90 % celulosa, hemicelulosa, lignin a pektin. Cukry 75 %, Lignin 20 %, 5 % ostatní (tuky, proteiny). Celulosa – řetězec β-D-glukopyranosových jednotek propojených 1→4 vazbami. O O OH OH O OH O OH OH O OH n Celulosa tvoří dlouhé lineární molekuly složené z 7000–15000 glukosových jednotek. Molekuly celulosy mezi sebou tvoří silné vazby prostřednictvím vodíkových můstků. Vznikají tuhá polymerní vlákna, stavební materiál buněčné stěny. Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Ligno-celulosová biomasa Hemicelulosa – kromě glukosy obsahuje celou řadu dalších cukrů (xylosa, mannosa, galaktosa, arabinosa) a uronové kyseliny. Molekula hemicelulosy obsahuje obvykle 500–3000 monomerních jednotek. Lignin – Složitý zesíťovaný polymer složený z mnoha základních jednotek. HO OH HO OH H3CO HO OH H3CO OCH3 p-kumaryl alkohol koniferyl alkohol sinapylalkohol Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Ligno-celulosová biomasa Obsah celulosa, hemicelulosy a ligninu v zemědělských zbytcích Materiál Celulosa [%] Hemicelulosa [%] Lignin [%] Dřevo stromu 40–55 24–40 18–25 Skořápka ořechu 25–30 25–30 30–40 Tráva 25–40 35–50 10–30 Papír 85–99 0 0–15 Listy 15–20 80–85 0 Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Biomasa jako zdroj surovin Biomasa Hydrolyza Sacharidy Fermentace Ethanol Butanol Deriváty furanu Gasifikace Syntezní plyn Pyrolyza Pyrolyzní olej Hydrogenace Uhlovodíky Paliva Chemikálie Fischer-Tropsch Vodík Rasy > Fotosyntéza Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Anaerobní kvašení V současnosti hlavně zpracování (zemědělských) odpadů. Bakteriální proces, poskytuje asi 300 m3 plynu (obsah methanu 50 %) na 1 tunu biomasy. Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Hydrotermolýza, termální depolymerace Rozklad biomasy za vysoké teploty a tlaku v přítomnosti vody. Reakce v scH2O. Podobné procesy se mohly uplatnit při vzniku fosilních zdrojů. Nejdříve hydrolyzuje celulosa a hemicelulosa, jako poslední lignin. Složení produktů zavisí na reakčních podmínkách. S rostoucí teplotou roste produkce plynů (H2, CH4, CO a CO2). Surovinou nemusí být pouze biomasa (PET lahve, pneumatiky). Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Pyrolýza biomasy Pudké zahřátí biomasy až na 1500 ◦C v nepřítomnosti vzduchu. Hlavním produktem je uhlí, zkapalněním plynných produktů vzniká pyrolyzní olej obsahující mnoho kyselých látek (před použitím jako palivo vyžaduje další zpracování). Složení plynných produktů závisí na teplotě, při vyšší teplotě vzniká méně uhlí a více plynů (CO, H2, acetylen). Proces umožňuje využít jen asi 50 % energie biomasy. Plyny vzniklé pyrolýzou hohou být reformovány vodní párou. Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Zplynění biomasy Rozklad hmoty bohaté na uhlík při vysoké teplotě (více než 700 ◦C v přítomnosti H2 O a vzduchu. Prvním krokem je karbonizace biomasy (pyrolýza). Zbytek bohatý na uhlík reaguje s vodou za vzniku syntézního plynu: C + H2O CO + H2 Zdrojem tepla je částečné spalování uhlíku: 2C + O2 2CO Uplatňuje se také rovnováha: CO + H2O CO2 + H2 Syntézní plyn lze transportovat. Výhřevnost syntézního plynu je 4–6 MJ/m3 (zemní plyn 37–41 MJ/m3). Výchozí směs pro Fischer–Tropschův proces. Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Fischerův–Tropschův proces Objeven ve 20. letech 20. století. (2n+1) H2 + n CO CnH(2n+2) + n H2O Katalyzátory na bázi přechodných kovů: Fe, Co/SiO2, Co/Al2O3. GLT (gas to liqiud), CTL (coal to liquid). Složení produktů odlišné od složení ropy! Modifikace procesu vedou ke škále dalších produktů (alkoholy,. . . ) V současné době není ekonomicky přijatelné, aby produkty F–T syntézy byly vstupem většiny petrochemických technologií. Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Využití řas Zájem od 70. let 20. století. Fotosyntetizující řasy mohou produkovat: lipidy, bio-H2, ethanol, krátké uhlovodíky, anaerobní fermentací zbytků řas vzniká CH4. Vyšší výtěžek tuků než u tradičních plodin, nepotřebují ornou půdu, nízká spotřeba vody. Řasa ukládá živiny ve formě fosfolipidů v buněčné stěně. Ve stresu (nedostatek živin) vznikají tělíska triacylglycerolu. → Transesterifikace na bionaftu. → Hydrogenace na uhlovodíky. Možnost uplatnění GMO. Výroba energeticky náročná (míchání, chlazení, centrifugace). Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Využití řas Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Biopaliva Podle direktivy Evropské komise jsou biopalivy: Bio-H2, syntetická biopaliva, čistý rostlinný olej. O O O R O R O R O Bioethanol, biomethanol, bio-dimethylether, bionafta, bioplyn. H3C OH H3C OH H3C O CH3 H3C O O CH3 CH4 methyl(terc-butyl)ether (z bio-MeOH), ethyl(terc-butyl)ether (z bio-EtOH). O H3C H3C H3C CH3 O H3C H3C H3C CH3 Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Bioethanol Produkt z petrochemických surovin. Fermentace cukrů z biomasy a nejrůznějších odpadů. C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 Maximální koncentrace ethanolu v roztoku 15–16%. Pohonná hmota: směs s benzínem nebo samotný ethanol. Hygroskopický. Výhřevnost 31 MJ/kg (19,6 MJ/l); benzín 44 MJ/kg (32 MJ/l). ERoEI kolem 1 v Evropě! Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Bioethanol Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Bionafta Směs esterů mastných kyselin s nižšími alkoholy. Surovinou potravina – rostlinné oleje (triacylglyceroly). Bazicky katalyzovaná transesterifikace, nejčastěji methanolem: O O O R O R O R O + CH3OH CH3O Na 3 R O O CH3 + HO OH OH Katalyzátorem mohou být také pevné kyselé pryskyřice, esterifikace kyselin. Výhoda oproti naftě: netoxická, snadno odbouratelná, nízký obsah S, hořením vzniká méně pevných částic. Trpí podobnými nedostatky jako ethanol. ERoEI. Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Biobutanol Výroba kvasným procesem, může být také syntetizován řasami nebo rozsivkami (světlo zdrojem energie). Anaerobní kvasný proces ABE (aceton, n-butanol, ethanol), typický poměr 3:6:1. Bakterie Clostridium Tyrobutyricum a Clostridium Acetobutylicum. Dříve běžně užívaný proces. Butanol je důležité rozpouštědlo. Výhody n-butanolu: Více zkvasitelných substrátů oproti ethanolovému kvašení. Vyšší výhřevnost 29,2 MJ/l (ethanol 19,6; benzín 32). Vysoké oktanové číslo. Výborná mísitelnost s uhlovodíky. Není hygroskopický. Lze jej transportovat ropovody. Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Biobutanol, bio-DME Nevýhody n-butanolu: Nízká koncentrace v roztoku (max. 1,5–2 %). Náročná izolace z roztoku (pervaporace. . . ). H3C OH n-butanol Bio-dimethylether Plyn, Tv = -32 ◦C. Vzniká transformací methanolu. Vysoké cetanové číslo (vyšší než běžná nafta), jednoduchá adaptace motoru. Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Nedostatky biopaliv Potřeba (nové) zemědělské půdy, její rozšiřování. Nutnost hnojení, užívání pesticidů. Zvýšení cen potravin. Ztráta velké části energie přítomné v biomase (ethanol jako pohonná hmota: 90 %; biomasa → elektřina: 75–80 %). Produkce odpadů. Pěstování plodin i jejich zpracování vyžaduje velká množství vody. Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Spotřeba vody při produkci paliv Spotřeba vody při produkci paliv litr H2O/MWh energie Těžba ropy 10–40 Rafinace ropy 89–150 Rafinace ropných břidlic 170–680 Gasifikace uhlí asi 900 Jaderná elektrárna 950 Geotermální elektrárna 1.900–4.200 Další fáze těžby ropy 7.600 Jaderná elektrárna 94.600–227.100 Zalévání kukuřice (bioethanol) 2.270.000–8.670.000 Zalévání soji (bionafta) 13.900.000–27.900.000 Uzavřený vodní okruh Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Biorafinerie Biorafinerie je obdobou petrochemické rafinerie, liší se technologiemi. Biorafinerie integruje zařízení a postupy pro zpracování biomasy, produktem biorafinerie jsou paliva, energie a čisté chemické látky. Rozdíl mezi výrobou paliv a chemických látek: Surovina 1 Surovina 2 Surovina 3 Technologie 1 Technologie 2 Technologie 3 Produkt Paliva: Chemické látky: Technologie Produkt 1 Produkt 2 Produkt 3 Produkty by měly být jednoduché snadno manipulovatelné látky, suroviny pro další derivatizace a syntézy. Základním vstupem jsou cukry v různých formách. Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Biorafinerie Rozdělení biorafinerií podle vstupu: Lignocelulosová biomasa Zpracování plodin (obiloviny, olejniny) Zelená biomasa (tráva, nezralé obiloviny, vojtěška) Biorafinerie založená na cukrech a syntézním plynu (fermentace, výroba syntézního plynu) Existuje několik generací biorafinerií. Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Využití syntézního plynu Biomasa + H2O CO + H2 FischerTropsch Uhlovodíky, benzín N2 NH3 CH3OH H-ZSM-5 CO/Ru/Ir CH3COOHHCl CH3Cl COOH Polymery CO , H2 Alkoholy oxidace O H H Plasty H 2Ο/Rh/SeTiO 2 Ethanol Estery, ethery - H2O H2C CH2 Polymery OO2/Ag Tenzidy Aldehydy, alkoholy, kyseliny Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Historie biorafinerie 1748: A. S. Marggraf publikoval práci věnovanou izolaci cukru z různých rostlin. 1801: Ve Slezsku vzniká první cukerná rafinerie (cukrová řepa). 1811: G. S. C. Kirchhoff objevil hydrolýzu škrobu na glukosu (katalýza HCl). 1812: Ve Výmaru vzniká první závod na výrobu cukru hydrolýzou škrobu, rozvoj rafinace cukrové řepy učiní tento proces nerentailní. 1835: Objevena enzymatická hydrolýza škrobu (J. J. Berzelius). 1819: H. Braconnot pozoruje vznik glukosy kysele katalyzovanou hydrolýzou dřevní hmoty (celulosy). 1901: Komerční výroba cukru ze dřeva Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Historie biorafinerie 1831: Destilací otrub v přítomnosti zředěné H2SO4 byl připraven furfural. Podobně další suroviny bohaté na hemicelulosu. HO OH OH CHO OH H (kat.) - H2O HO OH CHO OH H (kat.) - H2O HO CHO OH - H2O H (kat.) O H O Furfural 1921: Quaker Oats Cereal Mill v Cedar Rapids, Iowa, zpracovává vedlejší produkty mletí obilnin. Produkce furfuralu 2,5 tuny/d. Do roku 1960 DuPont užívá furfural při výrobě Nylonu 6.6. * N O O H N * H n Nylon 6.6 Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Historie biorafinerie 1839: Izolace celulosy ze dřeva (A. Payen). 1840: G. J. Mulder připravil kyselinu levulovou zahříváním fruktosy s HCl. HO OH OH OH H (kat.) - H2O OH O O HO O H H (kat.) H3C O COOH + H OH O fruktosa hydroxymethylfurfural kys. levulová 1940: Komerční výroba glukosy ze dřeva (USA). 19. st.: Rozvoj výroby mýdla z tuků (soda Le Blanc). 1901: W. Normann objevil ztužování tuků katalytickou hydrogenací (H2 / Ni). 1895: Boehringer-Ingelheim zavádí průmyslovou výrobu kys. mléčné kvasným procesem (konzervování potravin, výroba barviv, textilní a kožedělný průmysl). Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Historie biorafinerie 1932: W. H. Carothers (objevitel Nylonu 6.6) připravuje polylaktát – snadno odbouratelný polymer. Komerční využití od 90. let 20. století. 1927: Marathon Corporation zahajuje výzkum a později zavádí do výroby procesy na využití odpadních louhů při výrobě celulosy ze dřeva. 1937: N. W. Pirie vyvinul sofistikované schéma pro dělení zelené biomasy → krmení pro zvířata, proteiny pro lidskou výživu, suroviny pro chemický průmysl, výroba bioplynu. 1925: Zrod koncepce Chemurgy v USA – spojení zemědělské a chemické produkce. Koncepce podporována představiteli průmyslu. Myšlenka ztrácí na síle po 2. sv. válce. Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Využití kyseliny jantarové 1960-70: Navržení celých produkčních schémat chemických látek, zdrojem je dřevo. Ve své době nebylo využito. Glukosa fermentace HO O O OH k. jantarová O O O sukcinanhydrid maleinanhydrid O O O COOH COOH k. maleinová HOOC COOH COOHHO HOOC COOHHO HOOC OH k. jablecná k. vinná k. fumarová N O O H sukcinimid O O γ-butyrolakton O tetrahydrofuran (THF) HO OH butan-1,4-diol N O H N O CH3 NMP 2-pyrrolidon ROOC COOR sukcináty (estery) NC CN sukcindinitril sukcinamid H2NOC CONH2 H2N NH2 butan-1,4-diamin Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Užití kvasných procesů Kvasné procesy hrají důležitou roli v biorafinerii. Dostupné produkty: C1: CH4, CH3OH, CO2 C2: CH3CH2OH, CH3COOH, CH3CHO, CH2=CH2 C3: H3C OH OH H3C OH H3CH3C CH3 O OH O OH O mlécná kyselina akrylová kyselina propylenacetonpropylenglykol < C4: H3C O CH3 H3C O CH3 OO H COOHH COOH O CH3 O H3C OH H3C O H H3C CH3 OH OH diethylether acetanhydrid n-butanol vinyl-acetát maleinová kyselina butan-2,3-diol krotonaldehydbuta-1,3-dien Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Užití kvasných procesů C5: HOOC COOH H3C O O CH3 H3C OH O O CH3 itakonová kyselina pentan-2,3-dion ethyl-laktát C6: H3C COOH COOHHO COOH COOH HOOC COOH COOH sorbová kyselina citronová kyselina akonitová kyselina Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin TOP 10 H3C OH Ethanol a jiné alkoholy Příprava fermentací cukrů. Transformace na karboxylové kyseliny a alkeny, vstupní suroviny chemického průmyslu. Původní způsob výroby ethylenu: H3C OH -H2O H HH H Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin TOP 10 O CHO FA HMF O CHO HO Furany O OH OH OH HO R R = H R = CH2OH O CHO H2 H 2 / - CO O CH2OH O THF O CHO HO oxidace H3C O COOH H OH O O COOHHOOC + Furfurylalkohol Příprava katalytickou dehydratací pěti- a šestiuhlíkatých cukrů. Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin TOP 10 Xylosa je nejlepším surovinou pro přípravu furfuralu (FA), 80% selektivita při 90% konverzi. Hydroxymethylfurfural (HMF) vzniká ze šestiuhlíkatých cukrů. Glukosa je katalyticky převáděna na fruktosu. Výborné výtěžky poskytuje CrCl2 v iontových kapalinách. Furan-2,5-dikarboxylová kyselina Možná náhrada tereftalové kyseliny. Výroba katalytickou oxidací HMF vzduchem. O COOHHOOC HOOC COOH O O O O O* * n furan-2,5-dikarboxylová kyselina tereftalová kyselina PET poly(ethylentereftalát) Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin TOP 10 Biopaliva odvozená od furanu Celulosa LiCl, HCl ∆T O OCHO Cl O OH 71 % 8 % + O CHO Cl EtOH O CHO O H3C 8,7 kWh/l (benzín 8,8 kWh/l) O CHOH3C H2/PdCl2 H2/Pd O OH3C CH3 H3C CH3 + Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin TOP 10 HO OH OH Glycerol Zdrojem výroba mýdla z triacylglycerolů, výroba bionafty. Chemické transformace podobné chemii cukrů. Zelené rozpouštědlo. Redukce OHHO OH H2 Ni (Ra)Pd/C Ru/C H3C O OH H3C OH OH H2 H3C OH OH HO OH + Dehydratace Poskytuje hydroxypropionaldehyd, hydroxyaceton a akrolein (vých. látka příravy kys. akrylové). Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin TOP 10 Biotransformace, fermentace Glycerol může být fermentován na propan-1,3-diol, který s kys. tereftalovou poskytuje polyester Sorona (DuPont). Glycerolkarbonát Může se stát náhradou za dimethyl-karbonát při výrobě polykarbonátů a urethanů. HO O O O Epichlorhydrin Surovina pro výrobu epoxidových pryskyřic. Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin TOP 10 Epichlorhydrin CH3H3C HO OH Cl O + CH3H3C O O O O Tvrzení: H2N N N NH2 H H Dosud: CH3 Cl2 ∆T HClO NaOH Cl Cl OHCl OH ClCl+ hlavní produkt Cl O Dow: OH OHHO 2 HCl Cl OHCl OH ClCl+ hlavní produkt CH3COOH (kat.) NaOH Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin TOP 10 CH3 Uhlovodíky Isopren může být produkován GMO (bakteriemi). Výroba umělého kaučuku. Výroba dalšich uhlovodíků tímto způsobem není v současné době ekonomická. H3C COOH OH H3C O COOH Karboxylové kyseliny Kyselina mléčná Vyráběna fermentací, také např. xylosy (využití hemicelulosy). Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin TOP 10 Kyselina mléčná Nesnadní izolace z roztoku ve formě vápenaté soli, následuje vytěsnění pomocí H2SO4 → CaSO4 (odpad). Surovina pro výrobu polylaktátu (PLA): H3C COOH OH 2 -H2O O OO O CH3 H3C Sn2 O CH3 * * O PLA Biologicky odbouratelný polymer. Vlastnostmi se blíží polystyrenu PS nebo PET. Užití: vlákna (oděvy, vstřebatelné chirurgické nitě), stenty. . . Estery kyseliny mléčné mohou být použity jako organická rozpouštědla (náhrada acetonu). Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin TOP 10 Použití polylaktátu Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin TOP 10 Kyselina jantarová HOOC COOH Příprava fermentací. Nesnadní izolace z roztoku ve formě vápenaté soli, následuje vytěsnění pomocí H2SO4 → CaSO4 (odpad). Použití esterů (sukcinátů): výchozí látka pro přípravu butan-1,4-diolu, THF, γ-butyrolaktonu, polyesterů. Kyselina levulová COOHH3C O Snadno dostupná ze šestiuhlíkatých cukrů, transformace HMF. Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin TOP 10 Kyselina levulová Surovinou pro přípravu pyrolidonů, laktonů, esterů, difenylové kyseliny (potenciální náhrada bisfenolu): H3C O COOH kys. levulová ArNH2; H2 Rh/C N Ar H3C O H2 / Ru OH3C O H2 / kat. H3C COOH ROH H3C O R O alkyl-valeráty (paliva) kat. -CO2 C4H8 (isomerní buteny) oligomerizace C8HX (paliva) CH2=O OH3C O OH CH3 COOH HO OH difenylová kyselina Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin TOP 10 Polyhydroxyalkanoáty Polymery odvozené od 3-hydroxyvalerové (pentanové) a 3-hydroxymáselné (butanové) kyseliny. Vlastnosti velice podobné polyethylenu a polypropylenu. Nevýhodou je jejich vyšší cena. Výroba fermentací glukosy pomocí bakterie Alcaligenes eutrophus. Polymer je ukládán jako zásobní látka bakterií. Za optimálních podmínek může polymer představovat až 80 % hmotnosti buňky, nákladná je však jeho separace centrifugací. O OH OH HO HO OH Alcaligenes eutrophus * R O O * n R = CH3 (polyhydroxybutyrát) CH2CH3 (polyhydroxyvalerát) Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin TOP 10 HO OH OH OH OH Cukerné alkoholy Připravovány z příslušných cukrů redukcí (hydrogenací). Xylitol Sorbitol Redukce glukosy. Může být transformován na uhlovodíky reakcí v kapalné fázi. Produkty dehydratace jsou hydrogenovány na uhlovodíky: HO OH OH OH OH OH H2 Pt / Al2O3 H3C CH3 50 % + lehké uhlovodíky Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Využití mastných kyselin Mastné kyseliny ROH Estery Vosky Aminy Amidy -H2O Nitrily Aminy Kvarterní amoniové soli RX H2 Hydroxidy Na, Al, Zn, MgSoli mastnych kyselin H2 Alkoholy -H2O α-olefiny (1-alkeny) O Polyethylenglykoly Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Využití kyseliny erukové Složka tuků brukvovitých rostlin – řepka, hořčice (až 50 % z mastných kyselin). Toxická. Amid využíván jako omezovač tření. H H CH3 COOH Kyselina eruková NH3 H H CH3 NH2 O Amid kyseliny erukové O3 nebo H2O2 / TiO2 HO O OH O Nylon 13,13 Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Využití kyseliny ricinolejové Izolována z ricinového oleje (90 % z mastných kyselin). Výroba ω-aminoundekanové kyseliny → Nylon 11 (konstrukční materiál v automobilovém průmyslu). H H COOH CH3 Kyselina ricinolejová OHH 300 o C H3C O H + COOH HBr, H2O2 COOH Br NH3 COOH H2N ω-Aminoundekanová kyselina N * H * O n Nylon 11 Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Využití kyseliny linolové a linolenové Izolovány ze semen lnu (70 % z mastných kyselin). Snadno polymerují, užití jako pojivo (olejové barvy, fermeže, linoleum). H3C O OH Kyselina linolová OH O H3C Kyselina linolenová Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Využití kyseliny linolové a linolenové H3C O O R HH HH hν vzduch H3C O O R HH H H3C O O R HH H OOH + O2 H3C O O R HH OOH Hydroperoxidy tuků obsahujících kys. linolenovou lze použít jako makroiniciátory radikálové polymerace jiných monomerů (alkyl-akrylátů), vznikají biokompatibilní a částečně degradovatelné polymery. Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Pryskyřice založené na rostlinných olejích Epoxidovaný ricinový nebo sójový olej. Biodegradovatelná pryskyřice. O O O O O O CH3 CH3 H3C O O O O O O CH3 CH3 H3C O O O H2O2/HCOOH pryskyrice > Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin Složení rostlinných olejů Rostlinný olej Dvojnýchvazeb Obsah mastné kyseliny [%] kys.palmitová kys.stearová kys.olejová kys.linolová kys.linolenová Palmový 1,7 43 4 41 10 – Olivový 2,8 14 3 71 10 1 Řepkový 3,8 4 2 56 26 10 Sezamový 3,9 9 6 41 43 1 Sójový 4,6 11 4 23 53 8 Slunečnicový 4,7 5 3 37 54 8 Lněný 6,6 6 4 19 15 57 Jaromír Literák Zelená chemie – Obnovitelné a neobnovitelné zdroje surovin