Un equipo de investigación liderado conjuntamente por el profesor Ji Wook Jang, Profesor Yong Hwan Kim, y el profesor Sang Hoon Joo en la Escuela de Ingeniería Química y Energética de UNIST, ha presentado una nueva tecnología de conversión de biomasa que puede convertir los residuos de biomasa forestal (es decir, aserrín de la tala de madera) en combustibles y productos químicos de mayor valor. Publicado en la edición de noviembre de 2019 de Comunicaciones de la naturaleza , Se espera que la nueva tecnología reduzca nuestra dependencia de productos derivados de petroquímicos.

En el estudio, el equipo de investigación conjunto ha introducido un sistema catalítico de fusión que puede convertir selectivamente la lignina, que forma el componente principal de los desechos de madera, en productos químicos de mayor valor a través de la energía solar.

Lignina, , es el segundo biopolímero renovable más abundante después de la celulosa, y normalmente se desecha como residuo en la industria de la pulpa y el papel en cantidades muy grandes. A diferencia de la celulosa, la estructura de la lignina es extremadamente compleja y carece de regularidad estérica. Estos rasgos hacen que la lignina sea difícil de descomponer y aún más difícil de convertir en algo valioso. Biocatalizadores, como las enzimas, a menudo están involucrados en la degradación de la lignina, por lo tanto, una cuidadosa cuantificación del material de entrada (es decir, peróxido de hidrógeno, H2O2) es importante para la activación de catalizadores. En el presente, el proceso de extracción de lignina de la biomasa se maneja mediante el proceso de antraquinona. Sin embargo, debido a la condición de hidrógeno a alta presión y catalizadores de metales preciosos, esto no era adecuado para su uso con enzimas.

El equipo de investigación resolvió este problema mediante el desarrollo de un sistema fotoelectrobioquímico compartimentado para selectivo, y valorización estable de la lignina. La principal ventaja de este sistema es que se trata de tres sistemas catalíticos (un fotocatalizador para la generación de fotovoltaje, un electrocatalizador para la producción de H2O2, y un biocatalizador para la valorización de la lignina) que se integran para la valorización selectiva del dímero de lignina tras la irradiación con luz solar sin necesidad de energía eléctrica o productos químicos adicionales.

Al diseñar el sistema, el equipo de investigación colocó membranas de electrolitos de polímero como separadores entre las células para proteger el biocatalizador de las condiciones perjudiciales generadas durante la reacción, conservó así su estabilidad y actividad. Sus resultados muestran que el sistema fotoelectrobioquímico puede catalizar la escisión del dímero de lignina con una eficiencia de conversión del 93,7% y una selectividad del 98,7%. que supera ampliamente a los de un solo compartimento (37,3% y 34,8%) y bicompartimental (25,0%, 48,1%) sistemas. El sistema se aplicó además para la síntesis de polímeros sostenibles utilizando un monómero de lignina, alcohol de coniferilo, con un rendimiento del 73,3% y un rendimiento de conversión del 98,3%; sin embargo, los rendimientos de polímero de los sistemas de un solo compartimento y de dos compartimentos fueron solo de aprox. 0% y 8,6%, respectivamente.

"Esta tecnología de valorización selectiva de lignina no asistida podría convertir la lignina residual en polímeros y aromáticos de valor agregado sin necesidad de energía ni productos químicos adicionales". ", dice el profesor Ji Wook Jang." Esto posiblemente podría superar los problemas asociados con la actual mejora de la biomasa, como su baja rentabilidad y su tecnología de procesamiento limitada ".

"Esta investigación es significativa ya que presenta nuevas posibilidades para convertir biomasa como la madera residual en petroquímicos aromáticos de una manera respetuosa con el medio ambiente". ", dice el profesor Yong Hwan Kim." Creemos que el desarrollo y la ampliación de esta tecnología será un hito para la sustitución de los productos petroquímicos por bioquímicos ".

Los resultados de esta investigación se han publicado en Comunicaciones de la naturaleza .