Меню

Исследователи из Технологического института Джорджии представили комплексное технологическое решение, способное превратить традиционные целлюлозно-бумажные комбинаты в современные биоперерабатывающие комплексы. Новая методология позволяет выпускать не только базовую целлюлозу, но и компоненты для аккумуляторов, промышленные смазки, а также специализированные сорбенты. Ключевым сырьевым ресурсом для получения высоколиквидной продукции выступает чёрный щёлок — побочный продукт, образующийся при сульфатной варке древесины.

В классическом цикле сульфатно-целлюлозного производства чёрный щёлок направляется в многокорпусную выпарительную станцию и содорегенерационный котлоагрегат (СРК). Там из него удаляется влага, а органическая часть сжигается для генерации пара и электроэнергии, в то время как минеральные химикаты возвращаются в варочный процесс. Данный этап отличается высокой энергоемкостью. Научная группа под руководством профессора Шанкара Наира предложила заместить традиционное выпаривание баромембранным разделением. По расчетам авторов проекта, мембранное обезвоживание способно сократить энергозатраты на этой стадии почти в два раза.

Помимо удаления воды, мембранная платформа разделяет чёрный щёлок на целевые химические фракции. В одной из них концентрируется природный полимер — лигнин, а в другой — органические кислоты. Очищенные компоненты становятся экологичной альтернативой традиционному нефтехимическому сырью.

Из лигниновой фракции ученые синтезировали углеродные материалы для анодов литий-ионных накопителей энергии, а также пористые сорбенты для очистки промышленных сред и разделения веществ. Лигнин-содержащий углерод рассматривается как полноценный заместитель синтетического графита, производство которого базируется на нефтепродуктах и требует высокотемпературных процессов. Оценка жизненного цикла показала, что переход на лигнин сократит энергоемкость изготовления анодных материалов на 84%, а объем выбросов парниковых газов — на 92%.

Параллельно разрабатывается цепочка переработки органических кислот. Путем последовательных каталитических реакций их трансформируют в более тяжелые молекулы, служащие базой для выпуска смазочных материалов и функциональных присадок. В 2024 году авторы продемонстрировали каталитический синтез карбоновых кислот с более длинной углеродной цепью из смеси гидроксикислот щёлока. А в начале 2026 года в журнале ACS Catalysis исследователи описали этап кетонизации карбоновых кислот с получением промежуточных химических соединений для высокомаржинальных продуктов.

Для масштабирования процесса создается непрерывная технология производства мембран из восстановленного оксида графена. В отличие от дискретного лабораторного синтеза, рулонная методология обеспечит формование полотна со скоростью более 60 метров в минуту. Интеграция вакуумного оборудования позволяет полностью исключить использование летучих органических растворителей, снижая объем стоков и водопотребление.

Технология выходит на стадию пилотных испытаний на действующем заводе компании Rayonier Advanced Materials в районе города Саванна (штат Джорджия, США). Мембранные модули опытной установки будут протестированы непосредственно на промышленном чёрном щёлоке для проверки устойчивости и ресурса работы.

Разрабатываемые блоки обладают модульной архитектурой и могут поэтапно интегрироваться в действующие сульфат-целлюлозные производства без глобальной реконструкции площадок. Извлечение лигнина и кислот снизит органическую нагрузку на СРК, однако экономия энергии на стадии выпаривания частично компенсирует сокращение собственной генерации, а недостающий объем электроэнергии может быть компенсирован из внешних сетей.

В перспективе мембранная платформа может быть адаптирована для переработки сельскохозяйственной биомассы и ряда муниципальных отходов, что позволит ЦБК повысить глубину переработки древесины и заместить часть нефтехимических продуктов биоаналогами.