De la inagotable materia prima de la lignina, que como componente de muchas plantas se acumula en grandes cantidades, En teoría, los combustibles y otras sustancias importantes podrían extraerse para la industria; hasta ahora, aunque, no se puede hacer con la suficiente eficacia. Investigadores del Instituto Paul Scherrer PSI y ETH Zurich han encontrado ahora un método para identificar productos intermedios no vistos hasta ahora de las reacciones catalíticas utilizadas para esta conversión. Esto podría permitir una mejora más específica de los métodos de producción en el futuro. El estudio aparece en el último número de la revista Comunicaciones de la naturaleza .

Qué práctico y respetuoso con el medio ambiente sería si el combustible pudiera simplemente fabricarse a partir de residuos vegetales. O fenoles, que se necesitan con urgencia en la industria del plástico. ¿Y si pudiéramos simplemente obtener materias primas fundamentales de nuestra civilización de algo que la naturaleza produce en abundancia año tras año? que de otra manera dejamos que se pudra?

La lignina, por ejemplo, se encuentra en todas las plantas leñosas y es, con alrededor de 20 mil millones de toneladas producidas cada año, la sustancia orgánica más común en la Tierra además de la celulosa y la quitina. Consiste principalmente en carbono, hidrógeno, y oxígeno en una molécula grande y muy compleja, que se compone de compuestos más pequeños, como los necesarios para la producción de combustible y fenoles.

Un gran paso hacia la comprensión del mecanismo

Teóricamente estos compuestos se pueden obtener a partir de la lignina mediante craqueo. Químicamente, sin embargo, esto es extremadamente complicado y costoso. El resultado final:hasta ahora, simplemente no paga. Sin embargo, esto podría cambiar gracias a métodos más sofisticados. Y los investigadores en Suiza, en el Paul Scherrer Institute PSI en Villigen y en ETH Zurich, han dado un paso importante hacia la comprensión del mecanismo detrás de las reacciones que pueden conducir a los productos químicos deseados. En este método, la gran molécula de lignina - como modelo, Los investigadores utilizaron el bloque de construcción de lignina guayacol (una parte de la molécula más grande), que se divide en moléculas aún más pequeñas a unos 400 grados en un entorno libre de oxígeno. Para hacer esto, Se emplea un catalizador, un material que acelera la reacción sin consumirse. En este caso, los investigadores usan una zeolita, un material con muchos poros y, por tanto, una gran superficie donde puede producirse la reacción.

Primero, los llamados intermediarios surgen solo para fracciones de una segunda:especies reactivas gaseosas que reaccionan inmediatamente con el agua y el oxígeno para formar fenoles y otros productos finales estables. Estos intermedios no se pueden observar con métodos convencionales, dice Patrick Hemberger, científico de líneas de luz en Swiss Light Source SLS de PSI. En primer lugar, Difícilmente puedes distinguirlos debido a que sus moléculas a menudo constan de los mismos átomos, simplemente arreglado de manera diferente. Pero si pudiéramos determinar estos productos intermedios y sus concentraciones, entonces también sería posible cambiar el proceso de tal manera que se generen preferencialmente intermedios particulares y, en el final, aumenta el rendimiento del producto deseado.

La luz de sincrotrón hace que lo invisible sea visible

Dado que las moléculas pesan lo mismo, no se pueden distinguir con un espectrómetro de masas, que clasifica las sustancias en función de su peso. Mediante la denominada radiación de sincrotrón ultravioleta al vacío y una combinación de espectrometría de masas y espectroscopía de fotoelectrones, que está disponible para nosotros en el SLS, pudimos hacerlo, Informes Hemberger. Esto significa:Los rayos especiales de luz que genera el SLS eliminan electrones de las moléculas, y luego se observan con métodos especiales. Las propiedades observadas de estos electrones son como una huella digital, y son únicos para cada sustancia.

Hasta ahora, Estos procesos catalíticos se han ejecutado en lo que el químico llama un enfoque de cocinar y mirar:una búsqueda de prueba y error, con variaciones, por ejemplo, en la temperatura, Catalizador, y concentración de las moléculas, para encontrar qué configuración experimental produce la mayor parte del producto deseado. Con el enfoque desarrollado por Patrick Hemberger, ahora podemos por primera vez desentrañar los complejos mecanismos de reacción, dice el coautor Jeroen van Bokhoven, jefe del Laboratorio de Catálisis y Química Sostenible en PSI y profesor de catálisis heterogénea en ETH Zurich. Y así ahora podemos desarrollar nuevos mejor, y procesos de producción más respetuosos con el medio ambiente de una manera más específica, añade Victoria Custodis, el segundo coautor. Además de eso, también esperan que el enfoque sea transferible a muchos otros procesos catalíticos.