ANN ARBOR, MI -今天生产高纯度硅化合物是一个昂贵和碳密集的过程，需要在电弧炉中将开采的硅金属和无烟煤加热到3500°C。这种情况可能很快就会改变，因为一项新技术可以从农业废物中产生同样的二氧化硅化合物。密歇根大学的研究人员开发了这一工艺，他说每生产一吨硅化合物可以减少大约6吨的碳排放。他估计，这项技术的成本比目前的工艺低90%，而且几乎没有碳足迹。

这项新技术由密歇根大学材料科学与工程教授理查德·莱恩开发，被认为是第一种简单、廉价的从农业废料中生产高纯度二氧化硅化合物的化学方法。

世界上大部分的农业废弃物都含有二氧化硅，对提取二氧化硅的实用方法的研究可以追溯到80年前。虽然新工艺可以用于从多种农业废弃物中生产二氧化硅和含硅化学品，但莱恩专注于使用稻米加工留下的稻壳。

稻壳是米粒的最外层。在大米加工过程中，它会被去除;全世界每年生产数以亿计吨的船体。很多都是通过燃烧来发电的，剩下的灰烬中含有大量的二氧化硅。其中一些灰被用于建筑或绝缘材料，但大部分被作为废物倾倒在垃圾填埋场。

然而，尽管全世界都被富含硅的稻壳灰所淹没，但将硅提取出来已经被证明是一个重大的挑战。这种困难主要源于硅和氧之间难以置信的强化学键，这是自然界中最强的化学键之一。

莱恩找到了两种简单又廉价的方法来打破这种联系:乙二醇，即防冻剂，和乙醇，即谷物酒精。防冻剂与少量氢氧化钠结合在一起，在工艺开始时削弱了二氧化硅与稻壳灰之间的化学键，使二氧化硅溶解成液体溶液。

然后将溶液加热到390°C，形成二氧化硅和防冻剂的聚合物。虽然这一阶段确实需要能量，但在这一过程开始燃烧稻壳时产生的能量远远抵消了这一阶段的能量。由于稻壳燃烧时释放的碳此前被水稻吸收，因此这个过程被认为是碳中和的。加热会产生一种二氧化硅防冻聚合物，然后过滤掉灰尘。

最后加入谷物酒精。它的化学性质与防冻剂相似，所以很容易替换防冻剂，然后再循环使用。然后从第二种溶液中蒸馏出液态二氧化硅，并用于制造工业用的高纯度沉淀二氧化硅产品。

莱恩在密歇根成立了一家名为Mayasil的公司，将这项技术商业化。总部位于安娜堡，该公司正在建设一个“预试点”工厂，将用于开发规模化生产工艺。莱恩预测，如果扩大生产规模取得成功，将从根本上改变硅产品的制造和使用方式。

莱恩说:“我认为，最终，我们将在稻田旁边生产高纯度二氧化硅和其他硅化合物。”“在单一地点加工大米和生产高级二氧化硅将成为可能，而碳足迹很少或没有。这真的非常令人兴奋。”

莱恩最近获得了2015年密歇根州环境质量部门颁发的密歇根州绿色化学州长奖，以表彰他在开发新工艺方面的工作。Mayasil是Mayaterials公司的衍生品，该公司成立于2003年，与U-M Tech Transfer合作成立。Mayasil拥有硅生产工艺的专利。

一篇题为《避免碳热还原:从生物源、绿色和可持续来源蒸馏烷氧基硅烷》的论文发表在该杂志上Agewandte化学．这项研究得到了美国国家科学基金会的部分资助。