Forvandling af træaffald til bæredygtig produktion

Lignin, en kompleks organisk polymer, er en af ​​hovedkomponenterne i træ, der giver strukturel støtte og stivhed for at gøre træer stærke nok til at modstå elementerne. Når træ omdannes til papir, er lignin en nøgleingrediens, der skal fjernes, og det bliver ofte til affald.

Marcus Foston, lektor i energi, miljø og kemiteknik ved McKelvey School of Engineering ved Washington University i St. Louis, undersøger, hvordan man kan tilføje værdi til lignin ved at nedbryde det til små molekyler, der strukturelt ligner iltede kulbrinter. Disse vedvarende kemikalier er nøglekomponenter i mange industrielle processer og produkter, men de er traditionelt hentet fra ikke-fornybar petroleum.

Fostons undersøgelse af lignin-adskillelse, udført i samarbejde med Sai Venkatesh Pingali, en neutronspredningsforsker ved Oak Ridge National Laboratory (ORNL), blev offentliggjort 17. januar i ACS Sustainable Chemistry &Engineering .

"Lignins struktur ligner faktisk meget, hvad vi får fra petroleum," sagde Foston, som også er direktør for WashU's Synthetic Biology Manufacturing of Advanced Materials Research Center (SMARC). "I de nuværende fremstillingsprocesser bruger vi tid på at få petroleum til at ligne elementerne i lignin. I stedet bruger jeg en katalysator til at nedbryde lignin nemmere og på en sådan måde, at det producerer specifikke kemikalier. Når vi kan producere kemikalier ud fra lignin i en form, vi ønsker, så kan vi gøre mere effektiv brug af lignin, som er et rigeligt biprodukt ved at forarbejde træ til papir."

Sammen med samarbejdspartnere på ORNL brugte Foston neutronspredning til at studere, hvordan lignin interagerer med opløsningsmidler og katalysatorer under dets adskillelse under reaktionsbetingelser, herunder høj temperatur og tryk. ORNLs avancerede faciliteter gjorde det muligt for forskere at observere reaktionsprocessen i realtid for at forbedre deres katalysator og yderligere strømline reaktionssystemer til lignin-depolymerisering.

Dette direkte syn på molekylært niveau er kritisk, sagde Foston, for at finde ud af, hvordan katalysatoren og ligninet opfører sig i opløsning og for at sikre, at ligninet ikke rekondenserer til en polymer med bindinger, som forskere ikke let kan bryde.

"I denne undersøgelse tænker vi specifikt på, hvordan vi kan tage den store mængde lignin, der bliver produceret under biobrændstof- eller papirproduktion, og bruge det til at lave vedvarende kemikalier, der erstatter nogle af de kemikalier, vi i øjeblikket får fra olie," sagde Foston .

"Mere generelt kan de samme depolymeriseringsprincipper, som vi udforsker med lignin, bruges i andre applikationer. For eksempel gælder de samme erfaringer fra denne undersøgelse for plastaffaldsscenarier, hvor en tilgang er at dekonstruere plastaffald til små molekyler, der kunne bruges til at fremstille plastik eller andre nyttige produkter."

"I sidste ende vil vi tage en masse kemikalier, der kommer fra olie og finde ud af, hvordan vi kan lave dem fornybart," tilføjede Foston. "Alt, hvad vi lærer om lignin, vil også gælde andre rum."

Flere oplysninger: Jialiang Zhang et al., Structural Evolution of Lignin Using In Situ Small-Angle Neutron Scattering under Catalytic Disassembly, ACS Sustainable Chemistry &Engineering (2024). DOI:10.1021/acssuschemeng.3c06368

Journaloplysninger: ACS Sustainable Chemistry &Engineering

Leveret af Washington University i St. Louis