Danske forskere udvikler et grønt alternativ til oliebaserede kemikalier

Teknologi og Produktion

Forskningsprojekt 1

2022

I dag kommer langt de fleste af de kemikalier, vi bruger i industrien, fra et oliefelt et sted i verden. Det meste plastik er eksempelvis stadig oliebaseret, og hvis du har en rød bomuldtrøje hængende i dit skab, har den farve typisk også en fossil oprindelse.

Men det kan faktisk lade sig gøre at lave biobaserede kemikalier og på den måde begrænse vores afhængighed af olie. Og måske kan det endda laves af de store mængder bio-affald, som bliver produceret hvert år.

Der er dog én stor udfordring: Det er dyrt. Det håber Christian Marcus Pedersen at lave om på. Han er lektor på Kemisk Institut på Københavns Universitet og skal de næste tre år udvikle en særlig kemisk byggesten, der er lavet af sukker (glukose) og blandt andet kan bruges til plastikemballage.

»Eksperimentel kemi er tidskrævende og koster mange mandetimer i laboratoriet. Men hvis det lykkes for os at lave den her byggesten på en endnu mere effektiv og billig måde, så har vi noget, som vi ved, at der er kæmpestor interesse for i industrien,« siger Christian Marcus Pedersen, hvis nye projekt er støttet af Danmarks Frie Forskningsfond.

Kan erstatte ftalater

Et af de kemikalier, som forskerne skal arbejde med at forfine, hedder furan dicarboxylsyre.  Det er et kemikalie, som allerede bliver brugt i plastikemballage i dag – for eksempel i sodavandsflasker.  

»En sodavandsflaske er en polymer, der normalt er oliebaserede ftalater i. I stedet for ftalaterne kan man bruge furan dicarboxylsyren. Den opfører sig kemisk på samme måde og er mindst lige så god,« forklarer han og fortsætter:

»Men det er svært at lave i stor skala og få til at give høje udbytter, fordi et mellemprodukt er ustabilt. Det gør det dyrt. Hvis man kun har 50 procents udbytte, så har man desuden også 50 procents affaldsstof. Og så går fidusen jo lidt af den grønne kemi, hvis man producerer en masse affald, man skal af med bagefter.«

Mellemproduktet er det biomassebaserede kemikalie 5-HMF (5-Hydroxymethylfurfural), som ellers er blevet spået et enormt potentiale i kemindustrien.

Derfor er der brug for en proces, der er mere effektiv, så både pris og affaldsmængde holdes nede. Og netop sådan én har Christian Marcus Pedersens forskningsgruppe opdaget.

Opdagede ny grøn byggesten

I et tidligere forskningsprojekt observerede de nemlig en sidereaktion til en helt anden kemisk proces, som var meget effektiv. Det var en såkaldt furan, ligner 5-HMF meget – men som er meget mere stabil, fortæller Christian Marcus Pedersen.

»Selve stoffet er ikke nyt. Men vi opdagede, at vi kunne lave det på en meget simpel måde, som der ikke er nogle andre, der har gjort før os,« siger han.  

Efter en finjustering udtog de et patent på det og gik i dialog med et stort privat produktionsfirma om, hvad der skulle til for at bygge en fabrik.

De input bygger han nu videre på i det nye forskningsprojekt, hvor de vil forsøge at få lavet flere forskellige grønne kemikalier ud af deres kemiske ’byggeklods’, blandt andet til rengøringsmidler og lægemiddelindustrien.

»Hvis vi har fem forskellige smarte ting, vi kan lave ud fra vores kemiske byggeklods, så øger det chancen for, at kemikalieindustrien siger: Det her er noget, vi vil lave i stor skala,« siger han.

Der er glukose i alt   

Udover at forsøge at skabe mere økonomisk rentable bio-kemikalier vil Christian Marcus Pedersen og hans kolleger også gøre dem lidt grønnere.

I de fleste procedurer bruger man fruktose, forklarer han. Det vil sige, man bruger en fødevare til at lave den her kemiske byggeklods. Og endda en lidt dyr en af slagsen.

Derfor bruger de i det nye projekt i stedet glukose, som også er et sukkerstof, men som kan fås fra biomasse, der ikke kan spises.  

»Der bliver lavet utrolig mange millioner ton glukose om året, så det er et meget billigt kemikalie. Det er det, fordi det er alle steder. Glukose er det biomolekyle, der er mest af på jorden – så hver gang du ser en mark, et træ, nogle alger eller nogle mennesker, så er der glukose i dem,« siger Christian Marcus Pedersen.

Brændte skorper, creme brulé og et hydreringspuslespil: Sådan fungerer kemien  

Når forskerne laver de biobaserede kemikalier, er det i høj grad gennem den samme proces, som har skabt den råolie, vi gerne skal bruge mindre af. 

»Råolie består af utrolig mange forskellige stoffer, men det har engang været biomasse. Og hvis det har været biomasse, har en stor del af det været glukose – for det er som sagt i alle planter, træer og dyr,« forklarer Christian Marcus Pedersen.

Efter mange tusinde år under højt tryk og varme i undergrunden har det mistet sit vand og bygget forskellige strukturer op.

»Vi skal lave lidt den sammen proces: Vi skal fjerne vand fra sukkerstofferne, for så får vi lignende de samme forbindelser, som der er i råolie.«

Nogle af de forbindelser er faktisk de samme, som vi får, når vi laver mad. Hvis du for eksempel laver creme brulé eller rister et brød, som får en mørk skorpe, sker der nemlig det, at sukkeret smider vandet og dermed karamelliserer.

For at fjerne vandet fra sukkerstofferne tilsætter forskerne en syre, der katalyserer dehydreringen. Og nu har de et molekyle, der – ligesom råolien – har mistet sit vand. Det er naturligvis lidt forsimplet, men i princippet er det egentlig bare det dehydreringspuslespil, de laver, forklarer Christian Marcus Pedersen.

»Det svære er ikke at fjerne vandet. Hvis jeg bare tog noget sukker og kom svovlsyre i, så ville vandet trækkes ud, og jeg ville få en sort masse af noget ubestemmeligt polymersnask – altså ligesom karamelliseret sukker. Det snask kan man ikke rigtig bruge til noget,« siger han.

»Det vanskelige er at finde ud af, hvordan vi skal lægge dehydreringspuslespillet – altså, hvordan vi bedst kan omdanne det til de kemikalier, industrien kan bruge.«

Det er det, han og hans kolleger nu skal i laboratoriet for at finde frem til.