Новая обзорная статья в журнале Science указывает путь к будущему, в котором лигнин из отходов превращается в ценные материалы, такие как дешевое углеродное волокно для автомобилей или пластмассы на биологической основе. Использование лигнина таким образом создаст новые рынки для лесной промышленности и сделает конверсию этанола в топливо более рентабельной.
«Мы разработали план интеграции генной инженерии с инструментами аналитической химии, чтобы адаптировать структуру лигнина и его выделение, чтобы его можно было использовать для материалов, химикатов и топлива», — сказал Артур Рагаускас, профессор Школы химии и биохимии. в Технологическом институте Джорджии. Рагаускас также является сотрудником Института бумажной науки и технологий Технологического института Джорджии.Дорожная карта была опубликована 15 мая в журнале Science.
Соавторами обзора были ученые из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии и Окриджской национальной лаборатории.Рост промышленности целлюлозного топлива создал поток лигнина, который отрасли необходимо найти ценные способы использования.
В то же время федеральные агентства и промышленность финансируют исследования по упрощению процесса использования биомассы в качестве топлива.«Один из очень многообещающих подходов к этому — генетическая инженерия растений, чтобы у них было больше реактивных полисахаридов, подходящих для коммерческого применения, а также изменение структурных характеристик лигнина, чтобы он стал более привлекательным для применения в материалах, химикатах и топливе». — сказал Рагаускас.
Исследования, представленные в обзоре, показали, что теоретически возможно генетически изменить пути лигнина для уменьшения нежелательных побочных продуктов и более эффективного захвата желаемых полисахаридов — сахаров, которые можно преобразовать в другие продукты — и повышения коммерческой ценности лигнина.«Существует достаточно публикаций и данных, которые говорят:« Да, мы можем это сделать », — сказал Рагаускас.Благодаря работе с трансгенными растениями и дикими растениями, которые, естественно, имеют меньше нежелательных компонентов, биологи, инженеры и химики недавно улучшили понимание химии и структуры лигнина в области биопереработки, что дает лучшее представление о теоретической химии, которую может делать лигнин, Рагаускас сказал.«Мы должны иметь возможность изменить структуру лигнина и изолировать его таким образом, чтобы мы могли использовать его для материалов на зеленой основе или использовать его в смеси для различных синтетических полимеров», — сказал Рагаускас.
Это приведет к созданию потока полисахаридов для использования в качестве этанольного топлива с отходами лигнина, которые имеют структурные особенности, которые сделают его привлекательным для коммерческого применения, например, для полимеров или углеродных волокон.Эта наука может быть применена к различным растениям, которые в настоящее время используются для производства целлюлозного биотоплива, таким как просо и тополь.Сегодня лигнин в основном сжигается для получения энергии для удовлетворения небольшого количества потребностей в энергии биоперерабатывающих заводов этанола.
Но в новой дорожной карте подчеркивается, как с помощью инструментов генной инженерии, которые существуют в настоящее время, лигнин может стать гораздо более ценным для промышленности.«Наша основная задача — снизить затраты на превращение биомассы в биотопливо, — сказал Рагаускас. — Но в процессе мы многое узнали о лигнине и, возможно, сможем сделать больше, чем просто снизить затраты. Возможно, мы сможем адаптировать структуру лигнина для коммерческого применения ».