Marcus Foston, profesor asociado de ingeniería energética, ambiental y química en la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis, está explorando cómo agregar valor a la lignina descomponiéndola en pequeñas moléculas que son estructuralmente similares a los hidrocarburos oxigenados. Estos productos químicos renovables son componentes clave en muchos procesos y productos industriales, pero tradicionalmente se obtienen a partir de petróleo no renovable.

El estudio de Foston sobre el desmontaje de la lignina, realizado en colaboración con Sai Venkatesh Pingali, un científico de dispersión de neutrones en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL), se publicó el 17 de enero en ACS Sustainable Chemistry &Engineering. .

"La estructura de la lignina en realidad se parece mucho a la que obtenemos del petróleo", dijo Foston, quien también es director del Centro de Investigación de Fabricación de Biología Sintética de Materiales Avanzados (SMARC) de WashU. "En los procesos de fabricación actuales, dedicamos tiempo a hacer que el petróleo parezca elementos de la lignina. En cambio, estoy usando un catalizador para descomponer la lignina más fácilmente y de tal manera que produzca sustancias químicas específicas. Una vez que podamos producir sustancias químicas a partir de la lignina en la forma que queramos, entonces podremos hacer un uso más eficiente de la lignina, que es un subproducto abundante de la pulpa de madera para convertirla en papel".

Con colaboradores de ORNL, Foston utilizó la dispersión de neutrones para estudiar cómo interactúa la lignina con disolventes y catalizadores durante su desmontaje en condiciones de reacción, incluidas altas temperaturas y presiones. Las avanzadas instalaciones de ORNL permitieron a los investigadores observar el proceso de reacción en tiempo real para mejorar su catalizador y optimizar aún más los sistemas de reacción para la despolimerización de lignina.

Esta visión directa a nivel molecular es fundamental, dijo Foston, para descubrir cómo se comportan el catalizador y la lignina en solución y para garantizar que la lignina no se vuelva a condensar en un polímero con enlaces que los científicos no pueden romper fácilmente.

"En este estudio, estamos pensando específicamente en cómo podemos tomar la gran cantidad de lignina que se produce durante la producción de biocombustibles o papel y usarla para producir químicos renovables que reemplacen algunos de los químicos que obtenemos actualmente del petróleo", dijo Foston. .

"En términos más generales, los mismos principios de despolimerización que estamos explorando con la lignina podrían usarse en otras aplicaciones. Por ejemplo, las mismas lecciones de este estudio se aplican a escenarios de desechos plásticos, donde un enfoque es deconstruir los desechos plásticos en pequeñas moléculas que podrían ser Se utiliza para fabricar plástico u otros productos útiles."

"En última instancia, queremos tomar un montón de productos químicos que provienen del petróleo y descubrir cómo podemos producirlos de forma renovable", añadió Foston. "Todo lo que estamos aprendiendo sobre la lignina se aplicará también a otros espacios".