Väteperoxid är en kemisk förening med många användningsområden. Men av den volym som tillverkas idag går närmare 100 procent till en enda sak: blekning av pappersmassa. Nu visar forskning från Linköpings universitet att massaindustrin skulle kunna utvinna väteperoxid ur sin egen process – bara genom att tillsätta ljus.
Sedan konventionell klorblekning av papper fasades ut av hälso- och miljöskäl på 1990-talet har väteperoxid blivit en allt viktigare insatskemikalie för massaindustrin.
Trots att de nya blekmetoderna kraftigt minskat papperstillverkningens miljöbelastning, så är de inte helt problemfria. Exempelvis produceras dagens väteperoxid av fossil råvara och ofta med metoder som kan innebära miljörisker.
Dagsljus startar fotokatalytisk produktion av väteperoxid
Men i stället för att köpa in och frakta tonvis med väteperoxid på vägar och järnvägar skulle alltså massaindustrin kunna framställa blekmedlet i sina egna anläggningar och av sin egen råvara. Dessutom med hjälp av en förbluffande enkel och miljövänlig metod:
Genom att utsätta det lignin som utgör en komponent i pappersmassan för dagsljus sker en fotokatalytisk produktion av väteperoxid inne i massaprocessen.
– Det här skulle kunna innebära en rejäl förenkling av tillverkningsprocessen för blekt papper. Man hoppar helt enkelt över steget med att tillsätta väteperoxid utifrån. I stället exponerar man massan för ljus, förklarar Eric Glowacki, universitetslektor vid Laboratoriet för organisk elektronik (LOE) på Linköpings universitet.
– På det här viset får man en nedbrytning av ligninet och en blekning av cellulosan på en och samma gång.
Hur mycket ljus som krävs för att få fram en tillräckligt stor mängd väteperoxid återstår enligt Eric Glowacki fortfarande att ta reda på. Detsamma gäller hur mycket av träråvarans lignin som skulle gå åt för att åstadkomma blekningen och hur mycket som blir kvar för användning som energiresurs eller för andra ändamål.
Mätningar har genomförts i uv-ljus.
– Vi vill bara att det ska bli känt i branschen att den här kemiska reaktionen faktiskt äger rum. Lignin, som ju finns ”överallt” och är den näst mest förekommande polymeren på jorden, omvandlas till väteperoxid om man lyser på den, fastslår Eric Glowacki.
Om metoden i framtiden skulle användas i industrin, skulle det rent praktiskt kunna gå till så att processvätskan leds ut i bassänger utomhus under något eller några dygn.
Enligt Eric Glowacki har nyheten tagits emot med stort intresse, men det är ännu för tidigt att säga om metoden kan bli ekonomiskt intressant för industrin.
Upptäckten av reaktionen har gjorts av doktoranden Eva Miglbauer, som ett led i hennes avhandlingsarbete vid LOE. Hennes forskning ingår i ett större projekt kring olika teknologier baserade på väteperoxid. Arbetet handlar både om nya, biobaserade metoder för att framställa kemikalien och om innovativa sätt att utnyttja den – inte minst i energisammanhang.
Tidigare har forskare i gruppen bland annat visat hur ett elektriskt ledande material av nanocellulosa, så kallat katalytiskt papper, kan användas som ”byggnadsställning” för att producera väteperoxid och andra kemikalier med elektro- och fotokatalytiska metoder.
Eva Miglbauer har i sitt avhandlingsarbete även undersökt hur en bränslecell baserad på väteperoxid skulle kunna konstrueras – ett nytt koncept där det tidigare bara funnits en teoretisk grund, men ingen etablerad teknik.
Eva Miglbauer, Linköpings universitet.
Ett problem med väteperoxid som bränsle i en bränslecell är att ämnet lätt bryts ned till vatten och syre i kontakt med metaller. Det går därför inte att använda metallelektroder som i en normal, vätgasdriven bränslecell.
Men nu har Eva Miglbauer funnit att katalytiskt papper fungerar bra som elektrod och bärare av katalysatorn – en kolbaserad polymer – i en prototyp till bränslecell för väteperoxid. Upptäckten har inneburit att fler forskare nu kopplats in på projektet med att utveckla bränsleceller för väteperoxid.
Fakta om väteperoxid
Väteperoxid, med den kemiska formeln H2O2, frigör stora mängder energi när den omvandlas till vatten och syre. I stark koncentration används föreningen som raketbränsle.
Gemene man kommer i kontakt med ämnet, även känt som vätesuperoxid, i samband med blekning av hår och tänder. Det används även som desinfektionsmedel.
I extremt utspädd form är samma förening en signalmolekyl i kroppens celler.
Om projektet
Doktoranden Eva Miglbauer har i sina experiment med fotokatalytisk produktion av väteperoxid undersökt både rent lignin och lignosulfonat – en restprodukt från massatillverkningen som idag utnyttjas som bindemedel i betong och asfalt.
Lignosulfonat, som är lösbart i vatten, gav högre avkastning.
Hennes forskning, ingår i det övergripande arbete kring väteperoxid på LOE som leds av professor Magnus Berggren vid Linköpings universitet. Projektet är ett av de projekt som beviljades finansiering i Treesearchs och BioInnovations utlysning från 2017. Plattformen Treesearch är ett samverkansprojekt inom BioInnovation som finansieras av Vinnova via samverkansprogrammen.
Läs mer om Treesearch.