​В России ежегодно производится около 3,5 млн тонн этилена. Он является сырьем для изготовления ряда веществ и материалов — полиэтилена и пластмассы, резины и уксусной кислоты, антифриза и автомобильных покрышек. Коллектив сибирских ученых предложил получать этилен из шелухи овса.

Чтобы овсяная каша, мука или мюсли попали к нам на стол, очищенные зерна отправляют на изготовление того или иного продукта, а шелуха остается невостребованной. Так что у ученых возникла мысль перерабатывать ее в биоэтилен: приставка био- означает, что для производства этилена (C2H4) используют любое возобновляемое природой сырье — в противовес «нефтяному» C2H4.

Кроме того, овес — одна из наиболее популярных злаковых культур. В процессе переработки шелуха концентрируется на элеваторах, но не находит своего применения и становится причиной экологических проблем на предприятиях. Это связано с ее высокой зольностью: попытки сжигать шелуху в печах приводят к поломкам, так как зола плавится и застывает в виде плотной субстанции, напоминающей негорючую пластмассу. 
 
— Значительная доля российского овса выращивается в Сибири, — рассказывает старший научный сотрудник Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН кандидат технических наук Елена Викторовна Овчинникова. — В одном только Алтайском крае остается около 200 тыс. тонн шелухи, из которых можно было бы получить 14,5 тыс. тонн этилена. По всему Сибирскому федеральному округу ее хватит для производства 130 тыс. тонн C2H4, поэтому такая переработка здесь наиболее интересна. 
 
Возобновляемые ресурсы для производства традиционных продуктов — перспективное направление, позволяющее создавать малотоннажные производства, не привязанные к источникам нефтехимического сырья. Технология уже применяется в промышленности: в этилен перерабатывается сахарный тростник. В теплых странах, где сахар — основное производство, технология показала свою эффективность. В Сибири перспективным сырьем может стать шелуха овса: удельный выход этилена из нее выше, чем из тростника. Использование шелухи овса для получения биоэтанола также связано с низкой стоимостью: затраты на возделывание этого злака полностью окупаются продукцией его переработки. 
 
— Если опустить детали, технология выглядит просто: твердое нужно превратить в жидкое, а затем жидкое — в газ, — поясняет младший научный сотрудник Института проблем химико-энергетических технологий СО РАН (г. Бийск) кандидат технических наук Ольга Владимировна Байбакова. — Изначально в ИПХЭТ получают биоэтанол — этиловый спирт — из целлюлозного сырья. Потом в Институте катализа этиловый спирт конвертируют в биоэтилен.
 

В разработке принимали участие заведующая лабораторией биоконверсии ИПХЭТ СО РАН кандидат химических наук Вера Владимировна Будаева и старший научный сотрудник ИПХЭТ СО РАН кандидат технических наук Екатерина Анатольевна Скиба.

Тончайшие пластинки шелухи длиной до 12 мм необходимо превратить в сбраживаемые сахара: глюкозу, целлобиозу и т.п. В ИПХЭТ СО РАН шелуху овса предварительно обрабатывают щелочью, а потом осахаривают полученный полупродукт. В результате целлюлоза — основной компонент шелухи овса — превращается в глюкозу. К тому же получается отличная питательная среда для микроорганизмов-продуцентов этанола. Дальше проводится обычное спиртовое брожение: хорошо знакомый многим процесс, в результате которого глюкоза превращается в этанол — этиловый спирт. Этилен получают дегидратацией этанола: молекулы воды отщепляются от C2H5OH при температурах около 400 °С в присутствии катализатора.
 
Ольга Байбакова работает на бражной колонне 
 
В процессе дегидратации используется относительно дешевый катализатор на основе кислотно-модифицированных оксидов алюминия (Al₂O₃). Заключительный этап — каталитический процесс получения биоэтилена — проводится в трубчатом реакторе: катализатор размещен внутри трубок, а в межтрубном пространстве циркулирует теплоноситель, что обеспечивает подвод тепла для осуществления реакций. 
 
— В нашей технологии получения этилена мы используем концентрированный (94—96 %) этанол, — поясняет младший научный сотрудник ИК СО РАН аспирант Сардана Пурбуевна Банзаракцаева. — Применение концентрированного C2H5OH привлекательнее для коммерческого производства, поскольку позволяет получать большее количество C2H4 на оборудовании меньших габаритов. Так, в ИК СО РАН была создана пилотная установка, где при загрузке до 0,5 кг катализатора можно производить 1—2 кг биоэтилена в час.
 
В ИК СО РАН ученые уже сравнили полученный биоэтилен с промышленным. Они синтезировали сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ): выяснилось, что по молекулярной массе и термофизическим характеристикам образцы оказались аналогичны полученным из промышленного C2H4. Правда, выход СВМПЭ из биоэтилена оказался ниже, чем из «нефтяного», однако его можно увеличить при дополнительной, более глубокой очистке от кислородсодержащих примесей в заводских условиях. 
 
— Каталитическая технология получения «зеленого» этилена из этанола открывает возможность создания высокоэффективных производств C2H4 для специальных областей применения, — рассказывает руководитель группы комплексных технологических проектов ИК СО РАН кандидат технических наук Виктор Анатольевич Чумаченко. — Например, небольшие производства композитных материалов на базе многослойных углеродных нанотрубок в полимерных матрицах. В перспективе они могут найти применение в кабельной промышленности, в строительстве и ряде других областей.
 
Сырьем для биоэтилена могут также стать специально выращиваемые высокоцеллюлозные травы. Так, брендом Сибирского отделения РАН является мискантус сорта Сорановский, который выращивают сотрудники ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН. Коллекция растения была собрана сотрудниками Центрального сибирского ботанического сада СО РАН.
 

Естественно, что ряд научных коллективов объединился с целью создания комплексной технологии получения C2H4 из мискантуса. Совместный проект «Фундаментальные основы получения этилена из мискантуса» четырёх институтов Сибирского отделения (ИЦиГ, ЦСБС, ИПХЭТ, ИК) под руководством академика Геннадия Викторовича Саковича выполняется в рамках «Междисциплинарных интеграционных исследований» Комплексной программы фундаментальных научных исследований СО РАН на 2018—2020 гг.  

— Из мискантуса можно выработать больше биоэтилена, чем из шелухи, но проблема в том, что для его культивирования нужны дополнительные посевные площади, в отличие от овса, — заключает Елена Овчинникова. — По нашим оценкам, благодаря этой технологии реально получать 10—20 тысяч тонн этилена в год. Такие разработки могут быть интересны предприятиями, которым в силу расположения или специфики производства нужен собственный независимый источник биоэтилена. Так что в настоящее время получение ряда продуктов из возобновляемого непищевого сырья — это, прежде всего, вопрос перспективы развития технологий.
 
Алёна Литвиненко

 

Научная статья, описывающая этот метод, опубликована в Chemical Engineering Journal.


 

Источники

Сибирские ученые используют шелуху овса для получения этилена
Наука в Сибири (sbras.info), 15/03/2018
Колеса из овсяной шелухи начали делать новосибирские ученые
Все новости Новосибирской области (vn.ru), 15/03/2018
Сибирские ученые предлагают перерабатывать овсяную шелуху в биоэтилен
Бийские новости (nbiy.ru), 15/03/2018
Сибирские ученые предлагают перерабатывать овсяную шелуху в биоэтилен
Soyanews.info, 16/03/2018
Наш ответ иностранному биоэтилену - шелуха
ПластЭксперт (e-plastic.ru), 15/03/2018
Сибирские ученые придумали перерабатывать шелуху овса в пластик
Sibnet.ru, 15/03/2018
Наука и технологии. Сибирские ученые предложили получать этилен из овсяной шелухи
Природа Сибири (prirodasibiri.ru), 17/03/2018
Сибирские ученые получают этилен из шелухи овса
Русская планета (rusplt.ru), 16/03/2018
Сибирские ученые предлагают перерабатывать овсяную шелуху в биоэтилен
TopoF.ru, 16/03/2018
Наука и технологии. Как делать автомобильные покрышки из овсяной шелухи
Природа Сибири (prirodasibiri.ru), 21/03/2018
Как делать автомобильные покрышки из овсяной шелухи
Новые Известия (newizv.ru), 20/03/2018
Сибирские ученые используют шелуху овса для получения этилена
Abercade (abercade.ru), 19/03/2018
Из шелухи овса научились производить этилен
Метеовести (meteovesti.ru), 22/03/2018
Сибирские ученые предложили получать этилен из шелухи овса
Научная Россия (scientificrussia.ru), 27/03/2018
Сибирские ученые используют шелуху овса для получения этилена
Nanonewsnet.ru, 28/03/2018
В коня овес
ИА ИНВУР (invur.ru), 30/03/2018
Сибирские ученые предложили получать этилен из шелухи овса
Биотех 2030 (biotech2030.ru), 30/03/2018
Ученые предложили новую технологию получения этилена из овсяной шелухи
Федеральное агентство научных организаций (fano.gov.ru), 12/04/2018
Создана новая технология получения этилена из овсяной шелухи.
Крестьянские Ведомости (kvedomosti.ru), 18/04/2018
Сибирские ученые предложили получать этилен из овсяной шелухи
Министерство экономического развития Алтайского края (econom22.ru), 19/04/2018
Сибирские ученые предложили получать этилен из овсяной шелухи
БезФормата.Ru Барнаул (barnaul.bezformata.ru), 19/04/2018
Создана новая технология получения этилена из овсяной шелухи.
Polpred.com, 19/04/2018
"Ученые наукограда Алтайского края и их коллеги предложили технологию переработки овсяной шелухи"
Ivest.kz, 20/04/2018
Ученые наукограда Алтайского края и их коллеги предложили технологию переработки овсяной шелухи
ИА МАНГАЗЕЯ (mngz.ru), 20/04/2018
Ученые наукограда Алтайского края и их коллеги предложили технологию переработки овсяной шелухи
Новости Барнаула (barnaul-news.net), 20/04/2018
Ученые наукограда Алтайского края и их коллеги предложили технологию переработки овсяной шелухи
Официальный сайт Алтайского края (altairegion22.ru), 20/04/2018
Сибирские ученые предложили получать этилен из овсяной шелухи
Инвестиционный портал Алтайского края (invest.alregn.ru), 20/04/2018

Похожие новости

  • 03/10/2017

    Монголия заинтересовалась разработками селекционеров ИЦиГ СО РАН

    ​Делегация представителей университетов, научных и агропромышленных организаций Монголии посетила ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН для участия в круглом столе. Фактически, главной его темой стало разведение облепихи.
    339
  • 27/04/2017

    Мощность новосибирского суперкомпьютерного центра выросла после модернизации

    Сибирский суперкомпьютерный центр СО РАН установил новый вычислительный кластер, благодаря чему его пиковая производительность выросла на 70% - до 197 терафлопс (197 трлн операций в секунду). Как сообщил на открытии обновленного центра директор Института вычислительной математики и математической геофизики (ИВМиМГ) СО РАН Сергей Кабанихин, новые мощности позволят проводить вычисления для решения экологических проблем и ликвидации чрезвычайных ситуаций.
    769
  • 06/02/2018

    Сергей Меняйло: Нужно максимально использовать уникальный потенциал сибирской науки

    ​«Нужно максимально использовать уникальный потенциал сибирской науки для развития регионов округа. Для этого необходимо создать систему, которая позволит довести результаты работы сибирских учёных до наиболее широкого круга потребителей», – считает полномочный представитель Президента Российской Федерации в Сибирском федеральном округе Сергей Меняйло.
    435
  • 09/12/2016

    С мечтой о биотопливе

    ​Прошедший в Новосибирске XII Инновационно-инвестиционный Форум "Инновационная энергетика" целую секцию посвятил новым видам топлива. Думаю, не стоит даже уточнять, насколько это актуально для наших дней, особенно если речь идет о современных, экологически приемлемых технологиях переработки растительного сырья.
    928
  • 03/11/2017

    ​​В ИЦиГ СО РАН прошли переговоры о сотрудничестве с Академией сельскохозяйственных наук Китая

    1 ноября ФИЦ "Институт цитологии и генетики СО РАН" посетила делегация представителей китайской науки и бизнеса. Главная цель визита - заключение соглашения о сотрудничестве, в рамках которого должны быть созданы два совместных селекционно-семеноводческих центра, один в Новосибирске (на базе ФИЦ ИЦиГ СО РАН), второй - в Пекине (Институт овощеводства и цветоводства).
    361
  • 06/09/2016

    Бельгийский ученый выступит в Новосибирске с лекцией о вкладе геномных технологий в селекцию животных

    ​Приглашаем на лекцию ученого мирового уровня, профессора генетики и геномики факультета ветеринарной медицины университета г. Льеж, Бельгия, Мишеля Жоржа The impact of genomics in animal breeding (Вклад геномных технологий в селекцию животных).
    1187
  • 09/11/2017

    ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» посетила делегация Академии сельскохозяйственных наук Китая

    ​ФИЦ "Институт цитологии и генетики СО РАН" посетила делегация представителей китайской науки и бизнеса. Главная цель визита - заключение соглашения о сотрудничестве, в рамках которого должны быть созданы два совместных селекционно-семеноводческих центра (ССЦ), один в Новосибирске (на базе ФИЦ ИЦиГ СО РАН), второй - в Пекине (Институт овощеводства и цветоводства Академии сельскохозяйственных наук Китая).
    277
  • 19/09/2016

    Михаил Федорук: наше сотрудничество с Таиландом развивается с хорошей динамикой

    ​Исследовательский центр продовольственной безопасности (НГУ) и Школа биоресурсов и технологий Технологического университета им. Короля Монгкута Тонбури (Таиланд) уже осуществляют ряд совместных проектов.
    1210
  • 05/07/2017

    В новосибирском Академгородке прошла конференция по высокопроизводительному секвенированию в геномике

    ​​Ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН представили новые методы, использующие NGS секвенирование, уникальные для нашей страны, на II Всероссийской конференции "Высокопроизводительное секвенирование в геномике", прошедшей в новосибирском Академгородке.
    844
  • 27/10/2016

    Несколько институтов СО РАН объединятся

    ​К Федеральному исследовательскому центру Институт цитологии и генетики СО РАН присоединяются НИИ терапии и профилактической медицины и НИИ клинической и экспериментальной лимфологии бывшего СО РАМН, а также управляющее учреждение "Сибирское отделение медицинских наук".
    956