Naučnici razvili katalizator koji razlaže lignin iz biljnog otpada u korisne hemikalije

Međunarodni tim naučnika razvio je izuzetno efikasan katalizator koji razlaže lignin, jedan od najtvrdokornijih sastojaka biljnog otpada, u korisne hemijske proizvode pod relativno blagim uslovima. Otkriće bi moglo da pomogne da se otpad iz šumarstva i poljoprivrede pretvori u obnovljive sirovine za gorivo, plastiku i druge materijale.

Lignin daje biljkama strukturnu čvrstoću i predstavlja najveći obnovljivi izvor aromatičnih jedinjenja u prirodi - može činiti i do 35 odsto otpadne biomase iz poljoprivrede i šumarstva. Zbog složene molekularne strukture, lignin je do sada bilo veoma teško efikasno razgraditi, što je ograničavalo njegovu upotrebu u održivoj proizvodnji.

Tim istraživača, u kojem su, prema studiji objavljenoj u časopisu ACS Catalysis, učestvovali doktor Kristofer Parlet, Ksinjue Džou i Jutao Đijang sa Odsjeka za hemijsko inženjerstvo, razvio je takozvani katalizator sa pojedinačnim atomima. Katalizator sadrži izolovane atome rutenijuma ugrađene u ugljenični materijal dopiran azotom, sto omogućava snažno katalitičko dejstvo uz upotrebu veoma male količine metala.

Naučnici su otkrili da je za proces posebno važan atomski raspored poznat kao „Ru-N4 mjesto“, koji aktivira molekule kiseonika i pokreće razbijanje hemijskih veza ugljenik-kiseonik i ugljenik-ugljenik unutar lignina. Kombinacijom laboratorijskih eksperimenata i kompjuterskog modelovanja, tim je detaljno rekonstruisao taj proces - katalizator prvo aktivira kiseonik, stvarajući veoma reaktivne čestice koje potom razbijaju strukturu lignina na manje molekule.

U testovima pod optimalnim uslovima, katalizator je pretvorio gotovo sav model lignina uz visok prinos vrijednih hemijskih proizvoda, uključujući fenol. Proces se odvija bez upotrebe agresivnih hemikalija, sto ga čini pogodnim za razvoj održivijih metoda hemijske proizvodnje.

Istraživači su katalizator testirali i na pravom ligninu prikupljenom iz nekoliko izvora biomase, ne samo na pojednostavljenim modelnim jedinjenjima, i uspješno su ga pretvorili u korisna aromatična jedinjenja koja bi mogla postati sirovine za gorivo, plastiku i druge materijale.

„Razumijevanje kako ovi katalizatori tačno funkcionišu na atomskom nivou omogućava nam da dizajniramo bolje materijale za pretvaranje obnovljivih resursa u vrijedne hemikalije“, izjavio je doktor Kristofer Parlet, predavač hemijskog inženjerstva. Istraživanje bi, prema autorima, moglo da podrži siri pomak od tradicionalne proizvodnje hemikalija zasnovane na nafti ka cirkularnoj ekonomiji zasnovanoj na biomasi.