Lignin, složeni organski polimer, jedna je od glavnih komponenti drveta, koja pruža strukturnu podršku i krutost kako bi drveće učinilo dovoljno jakim da izdrži elemente. Prilikom pretvaranja drveta u papir, lignin je ključni sastojak koji se mora ukloniti i često postaje otpad.
Markus Foston, vanredni profesor energetike, zaštite životne sredine i hemijskog inženjerstva na Školi za inženjerstvo McKelvei na Univerzitetu Vašington u Sent Luisu, istražuje kako dodati vrednost ligninu tako što ga razlaže na male molekule koji su strukturno slični oksigeniranim ugljovodonicima. Ove obnovljive hemikalije su ključne komponente u mnogim industrijskim procesima i proizvodima, ali se tradicionalno dobijaju iz neobnovljive nafte.
Fostonova studija o rastavljanju lignina, urađena u saradnji sa Sai Venkateshom Pingalijem, naučnikom za rasejanje neutrona u Nacionalnoj laboratoriji Oak Ridž (ORNL), objavljena je 17. januara u ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
„Struktura lignina zapravo liči na ono što dobijamo od nafte“, rekao je Foston, koji je i direktor VashU-ovog Centra za istraživanje naprednih materijala za proizvodnju sintetičke biologije (SMARC). „U trenutnim proizvodnim procesima, trošimo vreme na to da nafta izgleda kao elementi lignina. Umesto toga, koristim katalizator da lakše razbijem lignin i na takav način da proizvodi specifične hemikalije. Kada budemo mogli da proizvodimo hemikaliju iz lignina u obliku koji želimo, onda možemo efikasnije koristiti lignin, koji je obilan nusproizvod pretvaranja drveta u papir.“
Sa saradnicima u ORNL-u, Foston je koristio rasejanje neutrona da bi proučavao kako lignin reaguje sa rastvaračima i katalizatorima tokom njegovog rastavljanja u uslovima reakcije, uključujući visoku temperaturu i pritisak. ORNL-ova napredna postrojenja omogućila su istraživačima da posmatraju proces reakcije u realnom vremenu kako bi poboljšali svoj katalizator i dodatno pojednostavili reakcione sisteme za depolimerizaciju lignina.
Ovaj direktan pogled na molekularnom nivou je kritičan, rekao je Foston, da bi se otkrilo kako se katalizator i lignin ponašaju u rastvoru i da bi se osiguralo da se lignin ponovo ne kondenzuje u polimer sa vezama koje naučnici ne mogu lako razbiti.
„U ovoj studiji posebno razmišljamo o tome kako da uzmemo veliku količinu lignina koji se proizvodi tokom proizvodnje biogoriva ili papira i koristimo je za proizvodnju obnovljivih hemikalija koje zamenjuju neke od hemikalija koje trenutno dobijamo iz nafte“, rekao je Foston. .
„U širem smislu, isti principi depolimerizacije koje istražujemo sa ligninom mogu se koristiti u drugim aplikacijama. Na primer, iste lekcije iz ove studije važe za scenarije plastičnog otpada, gde je jedan pristup da se plastični otpad dekonstruiše na male molekule koji bi mogli biti koristi se za izradu plastičnih ili drugih korisnih proizvoda“.
„Na kraju, želimo da uzmemo gomilu hemikalija koje dolaze iz nafte i shvatimo kako ih možemo napraviti obnovljivo“, dodao je Foston. „Sve što učimo o ligninu primeniće se i na druge prostore.“
