Заведующая кафедрой природных соединений, фармацевтической и медицинской химии Национального исследовательского Томского государственного университета И.А. Курзина.
Фото: скриншот прямой трансляции на официальном сайте форума «Технопром-2024»
Эффективную технологию получения водорода, глюконовой кислоты и других ценных веществ из отходов биомассы разработали ученые из Национального исследовательского Томского государственного университета вместе с коллегами из Индийского технологического института в Индоре. Проект получил финансирование Минобрнауки России и стал одной из тем для обсуждения на круглом столе «Успешно реализованные международные научно-исследовательские проекты в рамках программы двух- и многостороннего научно-технического взаимодействия» в рамках Международного форума технологического развития «Технопром-2024», открывшегося в Новосибирске 27 августа.
Выброшенная пища и отходы растительной промышленности — источник биомассы, в огромных количествах переполняющей свалки. Однако эти отходы могут служить источником ценных соединений. Более того, как доказала русско-индийская команда исследователей, получать некоторые вещества из такой биомассы экономически выгоднее в сравнении с уже существующими подходами.
Ученые разработали комплексную технологическую цепочку переработки биомассы, в результате которой прежде бесполезные отходы преобразуются в целый спектр ценных соединений, включая глюконовую и глюкаровую кислоты, сорбитол и биоводород.
В первую очередь исследователи предлагают перерабатывать целлюлозу и другие соединения из биомассы в техническую глюкозу. Далее процесс «разветвляется»: из глюкозы можно получить глюконовую кислоту с помощью новых катализаторов либо выработать биоводород путем электролиза.
О новой технологии гостям события рассказала один из авторов исследования, заведующая кафедрой природных соединений, фармацевтической и медицинской химии Национального исследовательского Томского государственного университета, доктор физико-математических наук Ирина Александровна Курзина.
«Ценность глюконовой кислоты очень высока: она применяется в косметической, пищевой, фармацевтической промышленности. <…> На сегодняшний день для ее получения в промышленных масштабах используется только микробиологический синтез. В качестве альтернативы мы предлагаем применять катализаторы на основе палладия. В частности, в рамках проекта нами был разработан катализатор, хроматированный висмутом, который показал достаточно высокую эффективность», — сообщила И.А. Курзина. Исследователь добавила, что получение глюконовой кислоты таким методом оказывается более экономически эффективным в сравнении с микробиологическим способом. Далее глюконовую кислоту можно перерабатывать в глюкаровую.
Технология, разработанная международной командой, позволяет создавать каталитические системы на основе биметаллических частиц из палладия и висмута размером до 5 нм. В результате расчетов с применением алгоритма USPEX, в которых ученым помогли коллеги из Сколтеха, было вычислено оптимальное отношение палладия к висмуту в частицах, составившее 3:1. При этом атомы висмута выступают в роли «защитников» палладия от суперокисления. Ученые также оптимизировали pH и температуру, при которых протекает реакция.
«Процесс идет достаточно эффективно, и мы получаем глюконовую кислоту со стопроцентным выходом», — поделилась И.А. Курзина.
Если российские участники проекта фокусируются на получении глюконовой и глюкаровой кислот и разработке новых катализаторов, то основная задача для их индийских коллег — переработка биомассы в глюкозу и получение биоводорода путем электролиза с подбором наиболее подходящих электродов.
«На текущий момент <…> показана эффективность электролитического разложения растворов глюкозы, характеризующегося высоким выходом водорода и меньшими энергозатратами относительно электролитического разложения воды <…>, — подчеркнула Ирина Александровна Курзина. — Надеемся, что к концу проекта мы выработаем технологический регламент всей цепочки получения биоводорода и глюконовой кислоты путем разложения отходов биомассы».
Форум «Технопром» — крупнейшее технологическое событие в России, нацеленное на продвижение российских научных разработок. Проект поддержан грантом Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий». В 2024 г. форум проводится 27–30 августа.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
Фото на превью и на странице: скриншоты прямой трансляции на официальном сайте форума «Технопром-2024»