Лекарства из нечистот: запатентована неожиданная технология переработки отходов
Стартап Photo-on-demand Chemicals Co Ltd университета Кобе доказал целесообразность получения метана из сточных вод с последующей переработкой его в фосген и далее в фармацевтическое сырье и другие полезные продукты. Доцент университета и руководитель стартапа Цуда Акихико и его команда разработали метод фотосинтеза, который позволяет получать такие химические вещества путем воздействия ультрафиолетового света на смеси хлора, кислорода и метана, выделяемого из отходов.
Компания была основана в апреле 2024 года, а в сентябре приступила к демонстрационным испытаниям на станции очистки сточных вод в городе Кобе. Цуда рассказывает о предпосылках исследования, которое находится в русле японского проекта декарбонизации «зеленая трансформация», направленного на снижение уровня парниковых газов в атмосфере.
«Первым толчком послужили размышления о том, как утилизировать хлороформ, использовавшийся в экспериментах во время учебы в аспирантуре. Поскольку хлороформ не так легко воспламеняется, его пришлось сжигать, используя в два раза больше керосина, что оказало значительное воздействие на окружающую среду».
Цуда знал, что существует способ разложения хлороформа путем воздействия на него светом. Однако из-за сложности проведения реакции фоторазложения ему удалось утилизировать лишь небольшое количество хлороформа. Сначала он счел, что овчинка не стоит выделки, но в 2008 году все же решил выяснить, возможно ли фоторазложение больших количеств хлороформа и другой органики.
В ходе исследований ученый обнаружил, что хлороформ может очень эффективно разлагаться под воздействием интенсивного ультрафиолетового излучения. Но в процессе реакции в качестве промежуточного продукта получался крайне ядовитый фосген, бесцветный удушливый газ с формулой COCl2 и с запахом свежескошенной травы.
Тут возникла дилемма. Фосген ядовит, но является в то же время ценным химическим сырьем, необходимым в производстве полиуретана и других органических веществ. Ученых озарила блестящая идея — в процессе разложения хлороформа «поймать» момент образования фосгена и мгновенно направить его в полезное русло — например, использовать в качестве фармацевтического сырья.
Цуда Акихико назвал свою методику, а позднее и компанию Photo-on-Demand (буквально «фото по требованию», моментальное фото). Разумеется, он имел не фотографию, , а фотохимическую реакцию.
«Мы разработали первый в мире метод органического синтеза такого рода. При использовании этого метода синтеза фосген мгновенно превращается в менее токсичные и полезные соединения».
Потребовалось более 10 лет, чтобы довести это исследование до сведения общественности. Одной из причин этого была токсичность фосгена. В прошлом он использовался в качестве оружия и был в арсенале террористов. Ученый воздерживался от публикации статей, пока не сумел подтвердить безопасность разработанной технологии.
«С 2016 года мы проводили совместные исследования с заинтересованными компаниями, используя в качестве сырья хлороформ. Однако масштабы производства, востребованные крупными компаниями, очень велики, и когда дело доходило до практического применения, возникало недопонимание. Хлороформ не способен покрывать потребности промышленности, это вещество для лабораторных исследований».
С 2023 года ученый начал уделять особое внимание метану в качестве альтернативного сырья. Из всех выбросов парниковых газов, вызывающих глобальное потепление, 76% приходится на углекислый газ, за которым следует метан (18%). В прошлом считалось, что метан трудно использовать в органическом синтезе, и исследований по его использованию в качестве химического сырья проводилось мало.
«Однако мне пришла в голову идея, что, смешав метан, хлор и кислород и используя наш метод органического фотосинтеза, можно было бы получить фосген», — говорит Цуда.
«Использование метана в качестве сырья для производства фосгена является новаторским с точки зрения продвижения экологически чистых технологий. Мы разработали систему и, проконсультировавшись с сотрудниками Отдела интеллектуальной собственности Университета Кобе, подали заявку на патент».
Идея утилизировать метан, образующийся на очистных сооружениях сточных вод, пришла в голову Цуда Акихико, когда он проходил мимо резервуаров очистных сооружений в округе Хигасинада города Кобе.
Переговоры с компанией-оператором очистных сооружений прошли успешно, и команда Университета Кобе получила добро на эксперименты с биогазом.
«Из фосгена производят десятки химических продуктов, включая фармацевтическое и агрохимическое сырье, клеи и ароматизаторы. Это позволяет создавать бизнес-модель с ощутимой добавленной стоимостью даже при небольших объемах производства. Кроме того, я знаю, что мировой рынок производства химикатов на основе фосгена оценивается в несколько десятков миллиардов долларов, так что перспективы безграничны», — уверен Цуда.
«Поскольку это исследование зародилось в Кобе, мы в первую очередь стремимся превратить Кобе в центр нашего синтеза. В демонстрационном эксперименте принимают участие студенты университета Кобе, и поэтому проект также чрезвычайно полезен с образовательной точки зрения».
Исследование Цуда Акихико является первой в мире инициативой по переработке метана из отходов в сырье для производства химикатов. Пригодные для получения метана отходы не ограничиваются сточными водами — также может быть использован навоз домашнего скота на агропредприятиях и пищевые отходы. Автор шутит: «Описывая наш бизнес простыми словами, можно сказать, что мы — компания, которая производит лекарства из фекалий».
Система получения химических веществ из метана вызвала интерес у ряда компаний как в Японии, так и за рубежом. Недавно стартап подписал соглашение о совместных исследованиях с компанией DKS Co. Ltd. в Киото. В связи с этой серией исследований было получено около 40 патентов.
«Я полагаю, что в ближайшие год-два мы увидим значительный прогресс в практическом применении. Как стартап из Университета Кобе, мы хотим и дальше продвигать инициативы, которые приносят пользу обществу», — подытожил изобретатель.
Посмотрите карту 10 крупнейших выбросов метана в атмосферу Земли.
