Новый метод превращает древесные и сельскохозяйственные отходы в ценные химикаты
Учёные представили новый метод преобразования лигнина, побочного продукта биомассы, в простые химические вещества. Это важный шаг на пути к замене нефтепродуктов биовозобновляемыми материалами.
Лигнин — это вещество, придающее прочность деревьям и стеблям кукурузы, на него приходится почти 30% органического углерода в биосфере. В целлюлозно-бумажной промышленности лигнин является отходом, который сжигается как низкосортное топливо. Для развития биотоплива необходимо извлекать из лигнина больше ценности.
Лигнин — это сложный материал, содержащий цепи из шестиуглеродных ароматических колец. Эти ароматики могут стать основой для устойчивого производства полезных химикатов, но только если цепи лигнина можно расщепить на отдельные звенья. Сегодня ароматические соединения почти исключительно получают из нефти.
Проблема в том, что лигнин чрезвычайно устойчив к расщеплению экономически эффективным способом.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, показывает, что высокий выход ароматиков можно получить, подвергнув лигнин воздействию кислорода с последующей обработкой слабой кислотой в мягких условиях.
Как работает процесс:
- Окисление кислородом ослабляет связи в цепях лигнина.
- Обработка кислотой разрывает эти связи.
Ключевым открытием стало то, что для расщепления не требуются дорогие металлические катализаторы. Кислота без металлов дала наилучший результат, сформировав ароматики в значительно более высоких выходах, чем наблюдалось ранее.
Преимущества метода:
- Относительно мягкие условия: температура 110 °C и низкое давление.
- Отсутствие необходимости в дорогих металлических катализаторах.
С помощью масс-спектрометрии было показано, что смесь продуктов процесса близко соответствует распределению субъединиц в природном лигнине.
Полученные химические вещества ещё требуют дальнейшей обработки для получения реальной рыночной стоимости. Однако лигнин рассматривается как ключ к будущим «био-НПЗ», которые будут использовать возобновляемую биомассу вместо нефти для производства топлива и химикатов с меньшим воздействием на окружающую среду.