Ako sa dá 5-hydroxymetylfurfural (HMF) využiť ako platforma chemikália pri výrobe obnoviteľných chemikálií alebo polymérov na báze bio?

5-hydroxymetylfurfural (HMF) Hrá kľúčovú úlohu ako predchodca biologických palív a chemikálií. Môže byť hydrogenovaný na výrobu 2,5-dimetylfuránu (DMF), čo je sľubná alternatíva obnoviteľného paliva k benzínu. DMF je známy svojou vysokou energetickou hustotou a vynikajúcimi vlastnosťami spaľovania, vďaka čomu je ideálnym kandidátom na použitie vo vnútorných spaľovacích motoroch. HMF sa môže ďalej premieňať na kyselinu levulínovú, ktorá je dôležitým medziproduktom pri výrobe biolymérov, plastifikátorov, rozpúšťadiel a dokonca aj poľnohospodárskych chemikálií. Tieto transformácie ponúkajú cestu na nahradenie chemikálií a palív odvodených od ropy pomocou obnoviteľných alternatív, čím prispievajú k ekologizácii chemického priemyslu a zníženiu závislosti od fosílnych palív.

Jednou z najvýznamnejších aplikácií HMF je syntéza polymérov na báze bio, najmä prostredníctvom jeho konverzie na 2,5-furandikarboxylovú kyselinu (FDCA). FDCA je kľúčovým monomérom používaným pri výrobe polyetylénového furanoátu na báze bio (PEF), ktorý môže slúžiť ako udržateľná alternatíva k polyetylénovému tereftalátu (PET), bežne používané v baleniach, textíliách a fľašiach. PEF vykazuje vynikajúce mechanické vlastnosti, vrátane lepšej bariérovej odolnosti voči plynom (ako je kyslík a oxid uhličitý) a kvapaliny, čo z neho robí ideálny materiál pre balenie, ktoré si vyžadujú zvýšenú trvanlivosť. PEF je biologicky odbúrateľný a môže sa recyklovať, čo prispieva k zníženiu plastického odpadu a postupujúcim princípom obehovej ekonomiky. Očakáva sa, že úspešná komercializácia PEF a ďalších polymérov založených na FDCA transformuje odvetvia balenia a plastov poskytovaním udržateľnejšej možnosti v porovnaní s tradičnými plastmi založenými na ropách.

HMF sa môže tiež premieňať na rozpúšťadlá na báze biologických látok, ktoré sa čoraz viac využívajú v rôznych priemyselných odvetviach vrátane farieb, povlakov, čistiacich výrobkov a farmaceutických formulácií. Napríklad môžu byť vyrobené étery založené na HMF, ktoré slúžia ako udržateľné náhrady za tradičné petrochemické rozpúšťadlá. Tieto rozpúšťadlá sú nielen obnoviteľné, ale tiež vykazujú vynikajúce vlastnosti solventnosti, pričom sú menej toxické a prchavé v porovnaní s ich náprotivkami odvodenými od ropy. Použitie rozpúšťadiel odvodených od HMF umožňuje výrobcom znížiť ich spoliehanie sa na škodlivé chemikálie, čím sa zlepšuje bezpečnosť pracovníkov a znižuje environmentálne vplyvy priemyselných procesov.

HMF môže podstúpiť rôzne katalytické transformácie za vzniku vysokorýchlostných aromatických zlúčenín, ako sú furfurálne, aromatické aldehydy a kyseliny aromatických. Tieto zlúčeniny sú kľúčové stavebné bloky pre širokú škálu priemyselných aplikácií vrátane výroby plastov, živicí, príchutí a vôní. Napríklad furfural sa používa pri výrobe furfurálneho alkoholu a furfuryl alkoholu, ktoré sa používajú pri výrobe živicí pre zlievárne a lepidlá, ako aj v chemickom priemysle ako rozpúšťadlá a medziprodukty. Schopnosť syntetizovať tieto cenné aromatické zlúčeniny z HMF pomáha vytvoriť udržateľný dodávateľský reťazec pre chemikálie, ktoré sú tradične odvodené z neobnoviteľných zdrojov.

Pretože 5-hydroxymetylfurfurfura (HMF) je vyrábaný z biomasy, ponúka inherentne uhlíkovo neutrálnu cestu na výrobu chemikálií a materiálov, pretože uhlík uvoľňovaný počas jeho premeny na chemikálie alebo palivá je počas jej rastu kompenzovaný uhlíkom absorbovaným biomasou. Vďaka tomu je HMF kritickou súčasťou prechodu na nízko uhlíkovú ekonomiku. Využitím zdrojov biomasy pomáha výroba HMF a jej derivátov znižovať uhlíkovú stopu priemyselných procesov, najmä v odvetviach, ako sú chemikálie, plasty a palivá. HMF môže byť integrovaný do modelov obehovej ekonomiky, kde sa biomasa neustále recykluje a prevádza na cenné výrobky, znižuje potrebu panenských materiálov a minimalizuje odpad.