Jak lze 5-hydroxymethylfurfurální (HMF) použít jako chemikálii platformy při výrobě obnovitelných chemikálií nebo polymerů na bázi bio?

5-Hydroxymethylfurfural (HMF) hraje klíčovou roli jako prekurzor biologických paliv a chemikálií. Může být hydrogenován za vzniku 2,5-dimethylfuran (DMF), slibné alternativy obnovitelného paliva k benzínu. DMF je známý pro svou vysokou hustotu energie a vynikajícími spalovacími vlastnostmi, což z něj činí ideální kandidát pro použití ve spalovacích motorech. HMF může být dále přeměněn na kyselinu levulinovou, což je důležitý meziprodukt při produkci polymerů na bázi bio na bázi bio, plastifikátorů, rozpouštědel a dokonce i zemědělských chemikálií. Tyto transformace nabízejí cestu, která nahradí chemikálie a paliva odvozené od ropy obnovitelnými alternativami, čímž přispívají k ekologizaci chemického průmyslu a snižují závislost na fosilních palivech.

Jednou z nejvýznamnějších aplikací HMF je syntéza polymerů na bázi bio, zejména jeho přeměnou na 2,5-furandikarboxylovou kyselinu (FDCA). FDCA je klíčový monomer používaný při výrobě polyethylenového furanoátu na bázi bio (PEF), který může sloužit jako udržitelná alternativa k polyethylenovému tereftalátu (PET), běžně používané v balicích materiálech, textilu a lahvích. PEF vykazuje vynikající mechanické vlastnosti, včetně lepší odolnosti proti bariéře vůči plynům (jako je kyslík a oxid uhličitý) a kapaliny, což z něj činí ideální materiál pro výrobky za balení, které vyžadují zvýšenou trvanlivost. PEF je biologicky rozložitelný a může být recyklován, což přispívá ke snížení plastového odpadu a pokroku v principech kruhové ekonomiky. Očekává se, že úspěšná komercializace polymerů na bázi FDCA a dalších FDCA promění obal a plastické průmysl poskytnutím udržitelnější možnosti ve srovnání s tradičními plasty na bázi ropy.

HMF lze také přeměnit na biologická rozpouštědla, která se stále více využívají v různých průmyslových odvětvích, včetně barev, povlaků, čisticích prostředků a farmaceutických formulací. Například mohou být vyrobeny ethery založené na HMF, které slouží jako udržitelné náhrady za tradiční petrochemická rozpouštědla. Tato rozpouštědla jsou nejen obnovitelná, ale také vykazují vynikající vlastnosti solventnosti, zatímco jsou méně toxické a těkavé ve srovnání s jejich protějšky odvozenými od ropy. Použití rozpouštědel odvozených od HMF umožňuje výrobcům snížit jejich spoléhání se na škodlivé chemikálie, čímž se zlepšuje bezpečnost pracovníků a snižuje dopad průmyslových procesů na životní prostředí.

HMF může podstoupit řadu katalytických transformací za vzniku aromatických sloučenin s vysokou hodnotou, jako jsou furfurální, aromatické aldehydy a aromatické kyseliny. Tyto sloučeniny jsou klíčovými stavebními bloky pro širokou škálu průmyslových aplikací, včetně výroby plastů, pryskyřic, příchutí a vůní. Například furfural se používá při výrobě furfural alkoholu a furfurylalkoholu, které se používají při výrobě pryskyřic pro slévárny a lepidla, jakož i v chemickém průmyslu jako rozpouštědla a meziprodukty. Schopnost syntetizovat tyto cenné aromatické sloučeniny z HMF pomáhá vytvořit udržitelný dodavatelský řetězec pro chemikálie, které jsou tradičně odvozeny z neobnovitelných zdrojů.

Protože 5-hydroxymethylfurfurální (HMF) se vyrábí z biomasy, nabízí ze své podstaty uhlíkově neutrální trasu pro výrobu chemikálií a materiálů, protože uhlík uvolněný během jeho přeměny na chemikálie nebo paliva je vyrovnán uhlíkem absorbovaným biomasou. Díky tomu je HMF kritickou složkou přechodu na nízkouhlíkovou ekonomiku. Využití zdrojů biomasy pomáhá výroba HMF a jeho derivátů snižovat uhlíkovou stopu průmyslových procesů, zejména v průmyslových odvětvích, jako jsou chemikálie, plasty a paliva. HMF může být integrován do modelů kruhové ekonomiky, kde je biomasa neustále recyklována a převedena na cenné produkty, což snižuje potřebu panenských materiálů a minimalizuje odpad.