In ogni pianta, dagli alberi alle colture, esiste una sostanza che ne costituisce il legno o i fusti, fibra, e pareti cellulari. Questa sostanza è un complesso polimero naturale chiamato lignina, ed è la seconda fonte di carbonio rinnovabile del pianeta dopo la cellulosa.

Questa abbondanza naturale ha suscitato grande interesse da parte della comunità di ricerca per convertire chimicamente la lignina in biocarburanti. E se la vita vegetale contiene davvero gli elementi costitutivi per i combustibili rinnovabili, sembrerebbe che siamo letteralmente circondati da potenziali fonti di energia ovunque cresca il verde.

Ma districare le complesse catene di questi polimeri in componenti, che può essere utile per combustibili liquidi e altre applicazioni che vanno dai prodotti farmaceutici alla plastica, ha presentato una sfida continua alla scienza e all'industria.

Ci sono attualmente due modi comuni di elaborare la lignina. Uno richiede un acido più un calore elevato, e l'altro è la pirolisi, o trattando con calore elevato in assenza di ossigeno. Oltre ad essere metodi di lavorazione che consumano energia, i risultati sono tutt'altro che ottimali.

"Finisci con molecole individuali che sono instabili e reattive, e facilmente ripolimerizzano. È una specie di disordine orribile, veramente, " spiega Igor Slowing, un esperto in catalisi eterogenea presso l'Ames Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. "Dobbiamo essere in grado di decostruire la lignina in un modo che sia economicamente fattibile e in stabile, componenti facilmente utili."

Slowing e altri scienziati dell'Ames Laboratory stanno lavorando per raggiungere questo obiettivo di commercializzazione, sperimentando reazioni chimiche che decompongono modelli di lignina a basse temperature e pressioni. Esistono già modi noti per recuperare sottoprodotti utili dalla lignina mediante l'aggiunta di un processo di stabilizzazione. Ma Slowing e il suo team di ricerca hanno ulteriormente approfondito i processi di decomposizione e stabilizzazione, combinando i due in un catalizzatore multifunzionale, utilizzando ceria modificata con fosfato.

"Il nostro processo esegue la rottura del materiale simile alla lignina e la stabilizzazione in un unico passaggio in condizioni molto miti, " ha detto Slowing. "La cosa interessante è che sebbene ci siano due diversi tipi di processi chimici che avvengono in un singolo materiale, sembrano lavorare in sinergia, e sono in grado di farlo a una temperatura più bassa."

In un altro esperimento, Il team di ricerca di Slowing è stato in grado di elaborare un materiale correlato, fenolo, in utili precursori industriali per la produzione di nylon. Questo lavoro ha utilizzato un catalizzatore a base di ceria e palladio drogato con sodio, che ha aumentato significativamente la reattività del processo. Hanno anche eliminato l'uso dell'idrogeno, che è prodotto dal trattamento a vapore del gas naturale, e ha invece utilizzato un processo di idrogenazione a base di alcol a risparmio energetico.

La ricerca continua. "Entrambi questi risultati sono stati molto promettenti, e il nostro prossimo passo è combinare i due esperimenti in uno, e ottenere la decostruzione della lignina utilizzando l'idrogeno da una fonte rinnovabile, " ha detto Rallentando.