Da inesgotável matéria-prima lignina, que, como constituinte de muitas plantas, se acumula em grandes quantidades, combustíveis e outras substâncias importantes poderiam, em teoria, ser extraídos para a indústria - até agora, no entanto, não pode ser feito com eficiência suficiente. Pesquisadores do Instituto Paul Scherrer PSI e ETH Zurique descobriram agora um método para identificar produtos intermediários até agora não vistos das reações catalíticas usadas para esta conversão. Isso poderia permitir uma melhoria mais direcionada dos métodos de produção no futuro. O estudo aparece na última edição da revista. Nature Communications .

Seria muito prático e ecologicamente correto se o combustível pudesse ser simplesmente fabricado a partir de resíduos vegetais. Ou fenóis, que são urgentemente necessários na indústria de plásticos. E se pudéssemos simplesmente obter matérias-primas fundamentais de nossa civilização de algo que a natureza produz em abundância ano após ano, que de outra forma deixaríamos apodrecer?

A lignina, por exemplo, ocorre em todas as plantas lenhosas e é, com cerca de 20 bilhões de toneladas produzidas a cada ano, a substância orgânica mais comum na Terra, além da celulose e da quitina. Consiste principalmente em carbono, hidrogênio, e oxigênio em uma molécula grande e muito complexa, que é composto de compostos menores, como aqueles necessários para a produção de combustível e fenóis.

Um grande passo para entender o mecanismo

Teoricamente, esses compostos podem ser obtidos a partir da lignina por meio do craqueamento. Quimicamente, Contudo, isso é extremamente complicado e caro. Resumindo:até agora, simplesmente não compensa. No entanto, isso pode mudar, graças a métodos mais sofisticados. E pesquisadores na Suíça, no Instituto Paul Scherrer PSI em Villigen e na ETH Zurique, deram um passo importante no sentido de compreender o mecanismo por trás das reações que podem levar aos produtos químicos desejados. Neste método, a grande molécula de lignina - como modelo, os pesquisadores usaram o bloco de construção de lignina guaiacol (uma parte da molécula maior) - é dividido em moléculas ainda menores em cerca de 400 graus em um ambiente livre de oxigênio. Para fazer isso, um catalisador é empregado - um material que acelera a reação sem ser consumido. Nesse caso, os pesquisadores usam um zeólito, um material com muitos poros e, portanto, uma grande área de superfície onde a reação pode ocorrer.

Primeiro, os chamados intermediários surgem apenas para frações de um segundo - espécies reativas gasosas que reagem imediatamente com água e oxigênio para formar fenóis e outros produtos finais estáveis. Esses intermediários não podem ser observados com métodos convencionais, diz Patrick Hemberger, cientista de linha de luz na Swiss Light Source SLS da PSI. Em primeiro lugar, você dificilmente pode distingui-los, porque suas moléculas geralmente consistem nos mesmos átomos, apenas organizado de forma diferente. Mas se pudéssemos determinar esses produtos intermediários e suas concentrações, então também seria possível mudar o processo de tal forma que determinados intermediários sejam gerados preferencialmente e, no fim, o rendimento do produto desejado é aumentado.

A luz síncrotron torna o invisível visível

Uma vez que as moléculas têm o mesmo peso, eles não podem ser distinguidos por um espectrômetro de massa, que classifica as substâncias com base em seu peso. Por meio da chamada radiação síncrotron ultravioleta de vácuo e uma combinação de espectrometria de massa e espectroscopia de fotoelétrons, que está disponível para nós no SLS, fomos capazes de fazer isso, Relatórios de Hemberger. Isso significa:Os feixes especiais de luz que o SLS gera expulsam os elétrons das moléculas, e estes são então observados com métodos especiais. As propriedades observadas desses elétrons são como uma impressão digital, e eles são únicos para cada substância.

Até agora, tais processos catalíticos foram executados no que o químico chama de abordagem cozinhar e olhar:uma pesquisa de tentativa e erro - com variações, por exemplo, na temperatura, catalisador, e concentração das moléculas - para descobrir qual configuração experimental produz a maior parte do produto desejado. Com a abordagem desenvolvida por Patrick Hemberger, podemos agora, pela primeira vez, desvendar os complexos mecanismos de reação, diz o co-autor Jeroen van Bokhoven, chefe do Laboratório de Catálise e Química Sustentável do PSI e professor de catálise heterogênea da ETH Zurique. E, assim, podemos agora desenvolver novos, Melhor, e processos de produção mais ecológicos de uma forma mais direcionada, adiciona Victoria Custodis, o segundo co-autor. Além disso, eles também esperam que a abordagem seja transferível para vários outros processos catalíticos.