Metoda pozyskiwania cennych związków chemicznych z drewna

Jak stwierdziła Shannon Stahl, ekspert z dziedziny zielonej chemii Uniwersytetu w Wisconsin- Madison, naukowcy są o krok od opracowania w pełni wydajnej metody, dzięki której lignina, biologiczny produkt odpadowy, będzie przekształcana w proste i użyteczne związki chemiczne. Jest to ważny krok w kierunku zastąpienia produktów ropopochodnych, w tym powszechnie stosowanych paliw, produktami opartymi na składnikach bioodnawialnych.

Metoda pozyskiwania cennych związków chemicznych z drewna

Lignina to substancja, która pełni rolę wzmacniającą u drzew i zbóż. Stanowi około 30% organicznego węgla w biosferze. Stahl, główna autorka raportu z badań opublikowanego w Nature, zwraca uwagę, że lignina jest odpadowym produktem przemysłu papierniczego, gdzie wartościowa jest tylko celuloza. Sama lignina jest spalana jako paliwo niskoenergetyczne. Możliwe jest jednak pozyskanie z niej większej ilości energii.

Lignina jest materiałem, zawierającym łańcuchy złożone z pierścieni aromatycznych. Pierścienie te mogą stanowić odnawialny magazyn użytecznych związków chemiczny, lecz tylko jeśli łańcuchy ligniny zostaną rozdzielone na monomery.

Obecnie związki aromatyczne pozyskiwane są prawie wyłącznie z ropy naftowej, a zapotrzebowanie na nie jest ogromne – pojemniki, Kevlar, pestycydy, farmaceutyki to tylko niektóre z ich zastosowań. Konieczne jest więc opracowanie ekonomicznej metody, pozwalającej na pozyskiwanie tych związków ze źródeł odnawialnych. Lignina, jako jedyny łatwo dostępny surowiec, zawierający pierścienie aromatyczne, jest znakomitym materiałem do tego celu.

Dotychczasowe próby nie były obiecujące. Lignina okazywała się być związkiem odpornym na rozpad, zwłaszcza przy stosowaniu tanich metod. Jednak wyniki badań Stahl i jej współpracowników pokazały, że proces ten jest możliwy. Według opublikowanego raportu, zespół, by rozłożyć ligninę na związki prostsze, oddziaływał tlenem na materiał, po czym poddawał go wpływowi słabego kwasu w łagodnych warunkach.

Alireza Rahimi, naukowiec z Uniwersystetu w Wisconsin i współautor publikacji, wyjaśnił znaczenie poszczególnych etapów. Według jego słów pierwszy etap, etap utleniania, osłabia wiązania w łańcuchach polimeru. Z kolei w etapie, w którym zastosowano kwas, dochodziło do zrywania tych wiązań.

Sam Rahimi twierdzi, że przetestował wiele z innych możliwych metod, które wydawały się mieć szansę powodzenia. Na przykład nadtlenek wodoru pozwolił na wydzielenie monomerów, jednak rozłożył też niektóre związki aromatyczne. Nie sprawdziły się także różne metale stosowane w kwaśnych warunkach. Okazało się natomiast, że sam kwas bez obecności metali daje dobre rezultatu.

Każdy proces, który rywalizuje z innymi w przemyśle chemicznym, musi być opłacalny, tzn. tani i wydajny, a Stahl uważa, że pomijanie metali w trakcie rozkładu ligniny, jak i łagodne warunki (temperatura 110oC) są dużą zaletą.

Stahl przyznaje, że związki chemiczne, które otrzymywane są w opracowanej przez jej zespół metodzie, nadal wymagają dalszej obróbki zanim uzyskają faktyczną wartość rynkową. Coon, ekspert w dziedzinie chemii analitycznej i spektrometrii masowej, wraz z niedawnym studentem Arne Ulbrichem ustalili natomiast, że otrzymywana w trakcie tego procesu mieszanina produktów, prawie całkowicie odpowiada rozkładowi monomerów w ligninie. Świadczy to o dużym sukcesie.

Stahl postrzega ligninę jako klucz do przyszłości „biorafinerii”, która raczej używałaby odnawialnej biomasy, niż ropy naftowej jako surowca do produkcji paliw czy związków chemicznych, redukując tym samym negatywny wpływ działalności człowieka na środowisko. Proces opisany w publikacji, która jest podstawą dla wniosku patentowego złożonego przez fundację WARF (Wisconsin Alumni Research Foundation), przedstawia istotny krok w kierunku zrealizowania tego celu.

  1. Rahimi, A. Ulbrich, J. J. Coon, S. S. Stahl. Formic-acid-induced depolymerization of oxidized lignin to aromatics. Nature, 2014; DOI: 10.1038/nature13867
  2. http://www.sciencedaily.com/releases/2014/11/141103102231.htm

Opracowała: Emilia Strzałka

Korekta: Maciej Bielak-Wolanin

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*