Фурфурол из мусора: как новые катализаторы без токсичных металлов взорвут рынок импортозамещения

Российские учёные совершили прорыв в области химической промышленности, разработав новые катализаторы для переработки фурфурола — ценного химического продукта, который можно получать из отходов деревообрабатывающей и сельскохозяйственной промышленности. Эта разработка имеет важное значение как для экологизации химических процессов, так и для развития отечественной промышленности и импортозамещения.

Что такое фурфурол и почему он важен

Фурфурол представляет собой гетероциклическое фурановое соединение, которое производят из побочных продуктов сельского хозяйства и деревообработки с помощью минеральных кислот. Этот продукт находит широкое применение в различных отраслях промышленности.

Основные области использования фурфурола:

• в качестве растворителя

• как компонент твёрдых смол и полимеров

• в производстве бактерицидных препаратов

• для получения других ценных химических соединений

Из фурфурола получают такие важные продукты как фурфуриловый спирт и 2-метилфуран, которые широко применяются в химической промышленности, включая производство лекарств и средств защиты растений.

Положение дел в российской промышленности

Несмотря на востребованность фурфурола, российская фурфурольная промышленность развита крайне слабо. В стране действует всего один завод, мощность которого составляет лишь две тысячи тонн в год.

"В мире производят более 400 тысяч тонн фурфурола в год, а в России работает всего один завод мощностью две тысячи тонн в год", — отмечает инженер Инжинирингового центра ФИЦ "Институт катализа СО РАН" Анастасия Сумина.

Такие скромные объёмы производства не покрывают потребности отечественной промышленности, в результате чего фурфурол приходится закупать за рубежом, в основном в Китае. При этом Россия обладает обширной сырьевой базой для развития этого направления.

Новые разработки российских учёных

Специалисты ФИЦ "Институт катализа СО РАН" в рамках деятельности молодёжной лаборатории создали каталитические системы для получения фурфурилового спирта и 2-метилфурана. Эти разработки отличаются экологичностью и доступностью.

Новые катализаторы представляют собой сплавные системы, содержащие переходные металлы:

• медь

• никель

• кобальт

• железо

• алюминий

Эти каталитические системы могут использоваться как в парофазной, так и в жидкофазной гидроконверсии фурфурола.

"В присутствии одной из таких систем при варьировании условий можно достичь высокой селективности как по фурфуриловому спирту (до 100 %), так и по 2-метилфурану (до 80 %)", — рассказывает кандидат химических наук Светлана Селищева.

Сравнение традиционных и новых катализаторов

Чтобы лучше понять преимущества новых разработок, рассмотрим различия между традиционными и новыми каталитическими системами.

Экологический аспект разработки

Важным преимуществом новых катализаторов является их экологическая безопасность по сравнению с традиционными системами. Промышленные катализаторы для превращения фурфурола в фурфуриловый спирт содержат до 30% хрома и представляют собой достаточно токсичные системы.

"Промышленные катализаторы для превращения фурфурола в фурфуриловый спирт — это достаточно токсичные системы. Содержание хрома в них может достигать 30 %, и они не подвергаются регенерации, то есть утилизируются после отработки", — поясняет Анастасия Сумина.

В отличие от традиционных аналогов, новые катализаторы не содержат токсичного хрома, что делает процесс переработки фурфурола значительно более безопасным для окружающей среды.

Перспективы внедрения и развития

Специалисты института активно работают над масштабированием своих разработок. В ближайшее время создаваемые катализаторы будут исследоваться на опытной установке, а также будут протестированы их прочностные характеристики.

Часть разработанных каталитических систем уже запатентована, другие находятся на стадии регистрации прав. Учёные также планируют исследовать возможность регенерации разрабатываемых систем, что дополнительно повысит их экономическую эффективность.

А что если…

Если разработки российских учёных будут успешно внедрены в промышленность, это может изменить положение дел в отечественной химической промышленности. Возможно, Россия не только перестанет зависеть от импорта фурфурола и его производных, но и сама станет экспортёром этих ценных химических продуктов.

Три факта о фурфуроле

1. Фурфурол впервые был получен в 1832 году немецким химиком Иоганном Вольфгангом Дёберейнером

2. Основным сырьём для производства фурфурола являются отходы сельского хозяйства: кукурузные кочерыжки, подсолнечная лузга, рисовая шелуха

3. Фурфурол обладает характерным запахом миндаля, но при этом является токсичным веществом

Исторический контекст

Развитие фурфурольной промышленности в России имеет историю, однако в последние десятилетия эта отрасль переживала значительный спад. Новые разработки ФИЦ "Институт катализа СО РАН" представляют собой важный шаг в возрождении этого направления отечественной химической промышленности. Особую актуальность эти исследования приобретают в контексте политики импортозамещения и необходимости развития high-tech производств на основе сырьевых ресурсов. Успешная реализация этих разработок может создать пространство для развития других направлений малотоннажной химии в России, способствуя суверенитету страны и созданию новых high-tech рабочих мест.