Un gruppo di ricerca, guidato congiuntamente dal professor Ji Wook Jang, Professor Yong Hwan Kim, e il Professor Sang Hoon Joo nella Scuola di Ingegneria Energetica e Chimica dell'UNIST, ha svelato una nuova tecnologia di conversione della biomassa che può trasformare i residui di biomassa forestale (cioè, segatura dal taglio del legname) in combustibili e prodotti chimici di maggior valore. Pubblicato nel numero di novembre 2019 di Comunicazioni sulla natura , si prevede che la nuova tecnologia ridurrà la nostra dipendenza dai prodotti derivati ​​dalla petrolchimica.

Nello studio, il gruppo di ricerca congiunto ha introdotto un sistema catalitico di fusione in grado di convertire selettivamente la lignina, che costituisce il principale costituente dei rifiuti di legno, in prodotti chimici di maggior valore tramite l'energia solare.

lignina, , è il secondo biopolimero rinnovabile più abbondante dopo la cellulosa, e di solito viene scartato come rifiuto nell'industria della cellulosa e della carta in quantità molto elevate. A differenza della cellulosa, la struttura della lignina è estremamente complessa e priva di regolarità sterica. Tali tratti rendono la lignina difficile da scomporre e ancora più difficile da convertire in qualcosa di prezioso. biocatalizzatori, come enzimi, sono spesso coinvolti nella degradazione della lignina, quindi un'attenta quantificazione del materiale in ingresso (cioè, perossido di idrogeno, H2O2) è importante per l'attivazione dei catalizzatori. Attualmente, il processo di estrazione della lignina dalla biomassa è gestito tramite Anthraquinone Process. Però, a causa delle condizioni dell'idrogeno ad alta pressione e dei catalizzatori di metalli preziosi, questo non era adatto per l'uso con gli enzimi.

Il team di ricerca ha risolto questo problema attraverso lo sviluppo di un sistema foto-elettro-biochimico a compartimenti per l'uso non assistito, selettivo, e la valorizzazione stabile della lignina. Il vantaggio principale di questo sistema è che coinvolge tre sistemi catalitici (un fotocatalizzatore per la generazione di fotovoltaggio, un elettrocatalizzatore per la produzione di H2O2, e un biocatalizzatore per la valorizzazione della lignina) che sono integrati per la valorizzazione selettiva del dimero di lignina dopo irraggiamento con luce solare senza la necessità di energia elettrica o sostanze chimiche aggiuntive.

Nella progettazione del sistema, il team di ricerca ha posizionato membrane elettrolitiche polimeriche come separatori tra le cellule per proteggere il biocatalizzatore dalle condizioni dannose generate durante la reazione, conservava così la sua stabilità e la sua attività. I loro risultati mostrano che il sistema foto-elettro-biochimico può catalizzare la scissione del dimero di lignina con un'efficienza di conversione del 93,7% e una selettività del 98,7%, che supera di gran lunga quelli del monovano (37,3% e 34,8%) e bicompartimentale (25,0%, 48,1%) sistemi. Il sistema è stato ulteriormente applicato per la sintesi polimerica sostenibile utilizzando un monomero di lignina, alcool di conifere, con un rendimento del 73,3% e del 98,3% di efficienza di conversione; però, le rese in polimero dei sistemi a compartimento singolo ea due compartimenti erano solo di ca. 0% e 8,6%, rispettivamente.

"Questa tecnologia di valorizzazione selettiva della lignina non assistita potrebbe convertire la lignina di scarto in aromatici e polimeri a valore aggiunto senza la necessità di energia e prodotti chimici aggiuntivi, " afferma il professor Ji Wook Jang. "Questo potrebbe forse superare i problemi associati all'attuale potenziamento della biomassa, come la sua efficacia a basso costo e la tecnologia di elaborazione limitata."

"Questa ricerca è significativa in quanto presenta nuove possibilità per convertire biomasse come il legno di scarto in prodotti petrolchimici aromatici in modo ecologico, " afferma il professor Yong Hwan Kim. "Riteniamo che lo sviluppo e l'espansione di questa tecnologia rappresenteranno una pietra miliare per la sostituzione dei prodotti petrolchimici con prodotti biochimici".

I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati in Comunicazioni sulla natura .