Omgivet af potentiale:Ny videnskab i omdannelse af biomasse

I hver plante - fra træer til afgrøder - findes der et stof, der udgør dens træ eller stængler, fiber, og cellevægge. Dette stof er en kompleks naturlig polymer kaldet lignin, og det er den næststørste vedvarende kulstofkilde på planeten efter cellulose.

Denne naturlige overflod har tiltrukket stor interesse fra forskningsmiljøet for kemisk at omdanne lignin til biobrændstoffer. Og hvis plantelivet virkelig rummer byggestenene til vedvarende brændstoffer, det ser ud til, at vi bogstaveligt talt er omgivet af potentielle energikilder overalt, hvor grønt gror.

Men at løse de komplekse kæder af disse polymerer til komponenter, som kan være nyttige til flydende brændstof og andre anvendelser lige fra lægemidler til plastik, har givet videnskaben og industrien en løbende udfordring.

Der er i øjeblikket to almindelige måder at behandle lignin på. Man kræver en syre plus høj varme, og den anden er pyrolyse, eller behandling med høj varme i fravær af ilt. Udover at være energikrævende forarbejdningsmetoder, resultaterne er mindre end optimale.

"Du ender med individuelle molekyler, der er ustabile og reaktive, og de re-polymeriserer let. Det er noget forfærdeligt rod, virkelig, " forklarer Igor Slowing, en ekspert i heterogen katalyse ved U.S. Department of Energy's Ames Laboratory. "Vi skal være i stand til at dekonstruere lignin på en måde, der er økonomisk gennemførlig og stabil, let anvendelige komponenter."

Slowing og andre forskere ved Ames Laboratory arbejder på at nå det kommercialiseringsmål, eksperimenterer med kemiske reaktioner, der nedbryder ligninmodeller ved lave temperaturer og tryk. Der er allerede kendte måder at redde nyttige biprodukter ud af lignin ved tilsætning af en stabiliseringsproces. Men Slowing og hans forskerhold tog både nedbrydnings- og stabiliseringsprocesserne videre, ved at kombinere de to til én multifunktionel katalysator, ved anvendelse af fosfatmodificeret ceriumoxid.

"Vores proces gør nedbrydning af lignin-lignende materiale og stabilisering i et enkelt trin under meget milde forhold, " sagde Slowing. "Det interessante er, at selvom der er to forskellige typer kemiske processer, der sker i et enkelt materiale, de ser ud til at fungere synergistisk, og er i stand til at gøre det ved en lavere temperatur."

I et andet eksperiment, Slowings forskerhold var i stand til at behandle et relateret materiale, phenol, til nyttige industrielle forstadier til nylonproduktion. Dette arbejde brugte en katalysator lavet af ceriumoxid og palladium dopet med natrium, hvilket øgede processens reaktivitet betydeligt. De eliminerede også brugen af ​​brint, som er fremstillet ved dampbehandling af naturgas, og brugte i stedet en energibesparende alkoholbaseret hydrogeneringsproces.

Forskningen fortsætter. "Begge disse resultater var meget lovende, og vores næste skridt er at kombinere de to eksperimenter til ét, og opnå lignin-dekonstruktion ved hjælp af brint fra en vedvarende kilde, " sagde Slowing.