Это естественное изобилие вызвало большой интерес со стороны исследовательского сообщества к химическому превращению лигнина в биотопливо. И если растительная жизнь действительно является строительным материалом для возобновляемого топлива, может показаться, что мы буквально окружены потенциальными источниками энергии везде, где растет зеленая растительность.Но распутывание сложных цепей этих полимеров на компоненты, которые могут быть полезны для жидкого топлива и других применений, от фармацевтики до пластмасс, представляет собой постоянную проблему для науки и промышленности.В настоящее время существует два распространенных способа обработки лигнина.
Для одного требуется кислота плюс сильное нагревание, а для другого — пиролиз или обработка сильным нагревом в отсутствие кислорода. Помимо того, что это энергоемкие методы обработки, результаты не являются оптимальными.«В итоге вы получаете отдельные молекулы, которые нестабильны и реакционноспособны, и они легко повторно полимеризуются.
На самом деле это своего рода ужасный беспорядок», — объясняет Игорь Слоуинг, эксперт по гетерогенному катализу из лаборатории Эймса Министерства энергетики США. «Мы должны иметь возможность расщеплять лигнин экономически целесообразным способом и на стабильные, легко используемые компоненты».Слоутинг и другие ученые из лаборатории Эймса работают над достижением этой цели коммерциализации, экспериментируя с химическими реакциями, которые разлагают модели лигнина при низких температурах и давлениях.
Уже известны способы утилизации полезных побочных продуктов из лигнина путем добавления процесса стабилизации. Но Слоуинг и его исследовательская группа пошли дальше как в процессах разложения, так и в стабилизации, объединив их в один многофункциональный катализатор, используя модифицированный фосфатом оксид церия.«Наш процесс разрушает лигниноподобный материал и стабилизирует его за один этап в очень мягких условиях», — сказал Слоуинг. «Интересно то, что, хотя в одном материале происходят два разных типа химических процессов, они, похоже, работают синергетически и могут делать это при более низкой температуре».
В другом эксперименте исследовательская группа Слоуинга смогла переработать родственный материал, фенол, в полезные промышленные прекурсоры для производства нейлона. В этой работе использовался катализатор из оксида церия и палладия, легированного натрием, что значительно повысило реакционную способность процесса. Они также отказались от использования водорода, который получают при обработке природного газа паром, и вместо этого использовали энергосберегающий процесс гидрирования на основе спирта.
Исследования продолжаются. «Оба этих результата были очень многообещающими, и наш следующий шаг — объединить два эксперимента в один и добиться деконструкции лигнина с использованием водорода из возобновляемых источников», — сказал Слоуинг.«Лаборатория Эймса идеально подходит для такого рода исследований», — сказал Слоуинг. «Мы можем сотрудничать с экспертами в нескольких областях, включая каталитическую химию, высокопроизводительные эксперименты, спектроскопию, технико-экономический анализ; и в партнерстве с нашим подрядчиком Университетом штата Айова мы также можем выбирать и выращивать лучшее сырье».