Forskning afdækker potentiel bæredygtig raffineringsmetode for lignin

Lignin, bruges som en vedvarende ressource til at producere produkter af høj værdi, har givet både produktionsmæssige og økonomiske udfordringer for bioraffinaderidriften.

Imidlertid, en Texas A&M AgriLife Research-forsker foreslår brugen af ​​en ekstraktionsmetode, plus andre raffineringsprocesser til fremstilling af flere ligninstrømme.

Dr. Joshua Yuan, formand for Synthetic Biology and Renewable products ved Texas A&M University, har offentliggjort sine forskningsresultater i Grøn Kemi , det peer-reviewede tidsskrift fra Royal Society of Chemistry.

Bæredygtigt bioraffinaderi afhænger i høj grad af generering af værdiskabende produkter, især fra lignin. Trods en betydelig indsats, produktionen af ​​fungible lignin-bioprodukter er stadig hindret af lignins dårlige fraktionering og lave reaktivitet, ifølge tidsskriftsartiklen, som er vist på omslaget.

Yuan foreslår brugen af ​​selektiv organisk opløsningsmiddelekstraktion, også kendt som SOFA, en proces, der bruger forskellige betingelser såsom pH og temperatur til at udlede lignin med forskellig kemi.

"Denne proces bruges, så en række ligninpartikler med forskellige egenskaber kan produceres, " sagde han. "Dette vil tillade anden funktionalitet. Det er en vigtig overvejelse for applikationer som lægemiddellevering og nanokompositter."

Som resultat, han sagde, at skræddersy ligninkemien ved hjælp af SOFA giver et bæredygtigt middel til at opgradere lavværdi lignin og bidrager dermed til rentabiliteten af ​​bioraffinaderier.

"Lignocelluloseholdig biomasse kan bruges til at producere anden generations biobrændstof, eller avanceret biobrændstof, som vil være en bæredygtig og alternativ løsning til traditionelt fossilt brændstof, " sagde Yuan. "Dybest set, græs-lignende sorghum og switchgrass kan dyrkes for at fikse kuldioxid og forarbejdes til ethanol til brændstof.

"I betragtning af det høje udbytte af energisorghum, energirør og andre råvarer, produktiviteten pr. hektar er meget højere end majsethanol. Dette vil reducere kulstofbalancen og forbedre energiproduktionen af ​​biobrændstof. Til flerårigt råmateriale som skiftegræs og energirør, det fremmer også jord- og vandbevarelse samt biodiversitet."

Yuan sagde, at problemet er, at lignin er affaldet i denne bioraffinaderiproces, hvilket påvirker bioraffinaderiets økonomi og bæredygtighed negativt. Han sagde, at brugen af ​​lignin til produkter af høj værdi vil forbedre bioraffinaderiets omkostningseffektivitet og bæredygtighed betydeligt.

"Lignin nanopartikel er et produkt af høj værdi, der kunne opnå dette, når det bruges til bulkprodukter som gødning med langsom frigivelse, " sagde han. "Et andet meget vigtigt aspekt er, at lignin generelt betragtes som sikkert og biokompatibelt. Og lignin-nanopartikler kan bruges til lægemiddellevering."

Yuan sagde en af ​​de vigtigste udfordringer inden for bioraffinaderi, specifikt lignocellulose-bioraffinaderi, er at bruge lignin til produkter af høj værdi, sagde Yuan.

"Det meste af den nuværende bioraffinaderi-konfiguration fokuserer på ethanol som det enkelte produkt, hvilket giver begrænset værdi til outputtet, " sagde han. "Hvis du ser på majsethanol bioraffinaderiet, de har destillationskorn og majsolie som biprodukter til at tilføje værdi, så raffinaderiet kan tjene penge. På samme måde, petroleumsbioraffinaderiindustrien udnytter hvert eneste råmateriale til at producere forskellige (helst højere værdi) produkter.

"Lignocellulose-bioraffinaderiet skal bruge komplet råmateriale til at producere forskellige produkter og om muligt, produkter af høj værdi, at gøre raffinaderiet økonomisk gennemførligt. Dette kræver nye bioraffinaderiprocesser som SOFA."

Yuan sagde, at en plantecellevæg har tre hovedkomponenter:cellulose, hemicellulose og lignin. Både cellulose og hemicellulose er sukkerbaserede, og kan bruges til ethanolgæring.

"Men lignin er en aromatisk polymer, og vi skal finde god brug for det. Dette papir giver en af ​​løsningerne. Mit laboratorium har været fokuseret på dette, og vi har udviklet ruter til at producere kulfiber af høj kvalitet, nanopartikler, asfalt bindemiddel modifikator, bioplast og biodiesel fra lignin. Denne forskning blev støttet af Department of Energy Bioenergy Technology Office."