5-hydroxymethylfurfural (HMF) สามารถใช้เป็นสารเคมีแพลตฟอร์มในการผลิตสารเคมีทดแทนหรือโพลีเมอร์ที่ใช้ชีวภาพได้อย่างไร

5-hydroxymethylfurfural (HMF) มีบทบาทสำคัญในการเป็นสารตั้งต้นของเชื้อเพลิงและสารเคมีที่ใช้ชีวภาพ มันสามารถเป็นไฮโดรเจนในการผลิต 2,5-dimethylfuran (DMF) ซึ่งเป็นทางเลือกเชื้อเพลิงทดแทนที่มีแนวโน้มสำหรับน้ำมันเบนซิน DMF เป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องความหนาแน่นของพลังงานสูงและคุณสมบัติการเผาไหม้ที่ยอดเยี่ยมทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับใช้ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน HMF สามารถเปลี่ยนเป็นกรด levulinic ซึ่งเป็นตัวกลางที่สำคัญในการผลิตโพลีเมอร์ที่มีพื้นฐานทางชีวภาพพลาสติกตัวทำละลายและแม้แต่สารเคมีเกษตร การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้นำเสนอทางเดินในการแทนที่สารเคมีและเชื้อเพลิงที่ได้จากปิโตรเลียมด้วยทางเลือกทดแทนดังนั้นจึงมีส่วนทำให้เกิดสีเขียวของอุตสาหกรรมเคมีและลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล

หนึ่งในแอพพลิเคชั่นที่สำคัญที่สุดของ HMF คือการสังเคราะห์โพลีเมอร์ที่ใช้ชีวภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งผ่านการแปลงเป็นกรด 2,5-furandicarboxylic (FDCA) FDCA เป็นโมโนเมอร์หลักที่ใช้ในการผลิตโพลีเอทิลีน furanoate (PEF) ที่ใช้ชีวภาพซึ่งสามารถใช้เป็นทางเลือกที่ยั่งยืนสำหรับโพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต (PET) ซึ่งใช้กันทั่วไปในวัสดุบรรจุภัณฑ์สิ่งทอและขวด PEF จัดแสดงคุณสมบัติเชิงกลที่เหนือกว่ารวมถึงความต้านทานต่อสิ่งกีดขวางที่ดีขึ้นต่อก๊าซ (เช่นออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์) และของเหลวทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์บรรจุภัณฑ์ที่ต้องการอายุการเก็บรักษาที่เพิ่มขึ้น PEF สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพและสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ซึ่งมีส่วนทำให้การลดลงของขยะพลาสติกและการพัฒนาหลักการเศรษฐกิจแบบวงกลม การค้าที่ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์ของ PEF และพอลิเมอร์ที่ใช้ FDCA อื่น ๆ คาดว่าจะเปลี่ยนอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์และพลาสติกโดยให้ทางเลือกที่ยั่งยืนมากขึ้นเมื่อเทียบกับพลาสติกปิโตรเลียมแบบดั้งเดิม

HMF ยังสามารถแปลงเป็นตัวทำละลายที่ใช้ชีวภาพซึ่งมีการใช้ประโยชน์มากขึ้นในหลากหลายภาคอุตสาหกรรมรวมถึงสีการเคลือบผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดและสูตรยา ตัวอย่างเช่นอีเทอร์ที่ใช้ HMF สามารถผลิตได้ซึ่งทำหน้าที่เป็นสิ่งทดแทนที่ยั่งยืนสำหรับตัวทำละลายปิโตรเคมีแบบดั้งเดิม ตัวทำละลายเหล่านี้ไม่เพียง แต่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้เท่านั้น การใช้ตัวทำละลายที่ได้มาจาก HMF ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถลดการพึ่งพาสารเคมีที่เป็นอันตรายซึ่งจะช่วยปรับปรุงความปลอดภัยของผู้ปฏิบัติงานและลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของกระบวนการอุตสาหกรรม

HMF สามารถผ่านการเปลี่ยนแปลงตัวเร่งปฏิกิริยาที่หลากหลายเพื่อผลิตสารประกอบอะโรมาติกที่มีมูลค่าสูงเช่น furfural อัลดีไฮด์อะโรมาติกและกรดอะโรมาติก สารประกอบเหล่านี้เป็นหน่วยการสร้างที่สำคัญสำหรับการใช้งานอุตสาหกรรมที่หลากหลายรวมถึงการผลิตพลาสติกเรซินรสชาติและน้ำหอม ยกตัวอย่างเช่น Furfural ใช้ในการผลิตแอลกอฮอล์ furfural และแอลกอฮอล์ furfuryl ซึ่งทั้งสองใช้ในการผลิตเรซินสำหรับโรงหล่อและกาวรวมถึงในอุตสาหกรรมเคมีเป็นตัวทำละลายและตัวกลาง ความสามารถในการสังเคราะห์สารประกอบอะโรมาติกที่มีค่าเหล่านี้จาก HMF ช่วยในการสร้างห่วงโซ่อุปทานที่ยั่งยืนสำหรับสารเคมีที่ได้มาจากแหล่งที่ไม่ต่อเนื่อง

เนื่องจาก 5-hydroxymethylfurfural (HMF) ผลิตจากชีวมวลจึงมีเส้นทางคาร์บอนเป็นกลางสำหรับการผลิตสารเคมีและวัสดุขณะที่คาร์บอนที่ปล่อยออกมาในระหว่างการแปลงเป็นสารเคมีหรือเชื้อเพลิงถูกชดเชยด้วยคาร์บอนที่ถูกดูดซับโดยชีวมวล สิ่งนี้ทำให้ HMF เป็นองค์ประกอบที่สำคัญในการเปลี่ยนไปสู่เศรษฐกิจคาร์บอนต่ำ ด้วยการใช้ทรัพยากรชีวมวลการผลิต HMF และอนุพันธ์ของมันช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ของกระบวนการอุตสาหกรรมโดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมเช่นสารเคมีพลาสติกและเชื้อเพลิง HMF สามารถรวมเข้ากับแบบจำลองเศรษฐกิจแบบวงกลมซึ่งชีวมวลได้รีไซเคิลอย่างต่อเนื่องและแปลงเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีค่าลดความต้องการวัสดุบริสุทธิ์และลดของเสีย