Marcus Foston, professore associato di ingegneria energetica, ambientale e chimica presso la McKelvey School of Engineering della Washington University di St. Louis, sta esplorando come aggiungere valore alla lignina scomponendola in piccole molecole strutturalmente simili agli idrocarburi ossigenati. Queste sostanze chimiche rinnovabili sono componenti chiave in molti processi e prodotti industriali, ma provengono tradizionalmente da petrolio non rinnovabile.

Lo studio di Foston sul disassemblaggio della lignina, condotto in collaborazione con Sai Venkatesh Pingali, uno scienziato specializzato nello scattering di neutroni presso l'Oak Ridge National Laboratory (ORNL), è stato pubblicato il 17 gennaio su ACS Sustainable Chemistry &Engineering .

"La struttura della lignina in realtà assomiglia molto a quella che otteniamo dal petrolio", ha affermato Foston, che è anche il direttore del Centro di ricerca sui materiali avanzati per la produzione di biologia sintetica di WashU (SMARC). "Negli attuali processi di produzione, passiamo il tempo a far sì che il petrolio assomigli agli elementi della lignina. Invece, sto usando un catalizzatore per scomporre la lignina più facilmente e in modo tale da produrre sostanze chimiche specifiche. Una volta che saremo in grado di produrre sostanze chimiche dalla lignina nella forma che desideriamo, potremo fare un uso più efficiente della lignina, che è un sottoprodotto abbondante della trasformazione del legno in carta."

Con i collaboratori dell'ORNL, Foston ha utilizzato lo scattering di neutroni per studiare come la lignina interagisce con solventi e catalizzatori durante il suo disassemblaggio in condizioni di reazione, comprese temperature e pressioni elevate. Le strutture avanzate di ORNL hanno consentito ai ricercatori di osservare il processo di reazione in tempo reale per migliorare il loro catalizzatore e semplificare ulteriormente i sistemi di reazione per la depolimerizzazione della lignina.

Questa visione diretta a livello molecolare è fondamentale, ha detto Foston, per capire come si comportano il catalizzatore e la lignina in soluzione e per garantire che la lignina non si ricondensi in un polimero con legami che gli scienziati non possono facilmente rompere.

"In questo studio, stiamo pensando in particolare a come possiamo prendere la grande quantità di lignina che viene prodotta durante la produzione di biocarburanti o di carta e usarla per produrre sostanze chimiche rinnovabili che sostituiscono alcune delle sostanze chimiche che attualmente otteniamo dal petrolio", ha affermato Foston. .

"Più in generale, gli stessi principi di depolimerizzazione che stiamo esplorando con la lignina potrebbero essere utilizzati in altre applicazioni. Ad esempio, le stesse lezioni di questo studio si applicano agli scenari dei rifiuti di plastica, dove un approccio è quello di scomporre i rifiuti di plastica in piccole molecole che potrebbero essere utilizzato per produrre plastica o altri prodotti utili."

"In definitiva, vogliamo prendere una serie di sostanze chimiche provenienti dal petrolio e capire come possiamo produrle in modo rinnovabile", ha aggiunto Foston. "Tutto ciò che stiamo imparando sulla lignina si applicherà anche ad altri spazi."