Запатентований новий спосіб виготовлення автомобільних шин з трави і дерев

Виробництво автомобільних шин ніяк не можна назвати екологічно чистим. Основною сировиною для покришок є синтетичний каучук, отримання якого пов’язане з переробкою нафти.

Але тепер учені знайшли спосіб використовувати в якості ключового компонента шин речовина рослинного походження, яке, як повідомляється, ніяк не впливає на зовнішній вигляд і характеристики гуми.

Основний елемент природного каучуку – ізопрен. На основі його полімеру отримують і один з видів синтетичного каучуку. Саме на модернізації цього процесу і зосередилася команда дослідників на чолі з Полом Дауенхауер ( Paul Dauenhauer ) з Університету Міннесоти.

Одним з головних промислових способів отримання ізопрену є крекінг  – високотемпературна переробка нафти, в ході якої відбувається розрив вуглецевих зв’язків в вуглеводнях і утворюється безліч з’єднань з більш низькою молекулярною масою, іншими словами, більш коротких. Потім слідує процес виділення і очищення фрагментів, після чого ізопрен полімеризують, тобто вибудовують в довгі ланцюги. Надалі для отримання гуми полімер зазнає ще один класичний процес – вулканізізацію (буквально зшивання довгих ниток поперек містками з атомів сірки). З підсумкового матеріалу виготовляють автомобільні покришки і багато іншого.

Можливість відходу від переробки нафти в бік використання будь-якої біомаси не дає спокою виробникам шин протягом декількох останніх років. Ізопрен неодноразово намагалися отримати більш чистим шляхом з природних джерел, таких як рослинний цукор. Але розроблені методи були недостатньо гарні, щоб задовольнити величезну потребу світової промисловості в каучуку.

Нова технологія знову бере за основу цукри, отримані з трави, дерев і кукурудзи. Дослідники запропонували використовувати гібридний триступеневий процес, що поєднує в собі обробку біомаси за допомогою ферментів, що виробляються мікроорганізмами і каталітичну переробку, схожу на аналогічну стадію при використанні нафти в якості сировини.

Першим кроком є мікробна ферментація цукрів, вироблених із біомаси, до так званої ітаконовою кислоти. На другому етапі вона вступає в реакцію з воднем для створення наступної хімічної сполуки зі складною назвою метілтетрагідрофуран (метил-ТГФ). Секретом ефективності цієї стадії стало використання унікального високоефективного металевого каталізатора.

Але справжній технологічний прорив був здійснений на третій стадії, якою стала дегідратація метил-ТГФ (відщеплення води) з отриманням ізопрену. Тут в якості каталізаторів були використані фосфор цеоліти, в тому числі і недавно розроблений в Університеті Міннесоти каталізатор під назвою P-SPP. Їх дія має вузьку спрямованість, а саме володіє 90-відсотковою селективністю відносно дієнових – з’єднань, до яких відноситься і ізопрен. Причому на останній припадає 70 відсотків цього показника.

“Продуктивність цеолітних каталізаторів була вражаючою, – розповідає Дауенхауер в прес-релізі університету. – Цей новий клас твердих кислотних каталізаторів має поліпшену каталітичної активністю і є головною причиною того, що використання відновлюваної сировини для отримання ізопрену можливо”.

За результатами розробок дослідники опублікували статтю в журналі ACS Catalysis і оформили патент.

Автори роботи сподіваються, що їхня технологія може виявитися цілком конкурентоспроможною, і поновлювані легкодоступні біологічні джерела сировини покажуть потенціал для розширення внутрішнього виробництва не тільки автомобільних шин, але і інших виробів зі штучного каучуку.

Втім, використання рослин для виробництва будь-яких товарів масового споживання далеко не завжди приводить до гарних результатів для екології. Крім того, їх знищення загрожує світу страшними наслідками .