Uma equipe de pesquisa, liderado conjuntamente pelo professor Ji Wook Jang, Professor Yong Hwan Kim, e o Professor Sang Hoon Joo na Escola de Energia e Engenharia Química da UNIST, revelou uma nova tecnologia de conversão de biomassa que pode transformar resíduos de biomassa florestal (ou seja, serragem da extração de madeira) em combustíveis e produtos químicos de alto valor. Publicado na edição de novembro de 2019 de Nature Communications , Espera-se que a nova tecnologia reduza nossa dependência de produtos derivados de petroquímicos.

No estudo, a equipe de pesquisa conjunta introduziu um sistema catalítico de fusão que pode converter seletivamente a lignina, que constitui o principal constituinte dos resíduos de madeira, em produtos químicos de alto valor por meio da energia solar.

Lignina, , é o segundo biopolímero renovável mais abundante depois da celulose, e geralmente é descartado como resíduo na indústria de celulose e papel em grandes quantidades. Ao contrário da celulose, a estrutura da lignina é extremamente complexa e carece de regularidade estérica. Essas características tornam a lignina difícil de decompor e ainda mais difícil de ser convertida em algo valioso. Biocatalisadores, como enzimas, estão frequentemente envolvidos na degradação da lignina, portanto, quantificação cuidadosa do material de entrada (ou seja, peróxido de hidrogênio, H2O2) é importante para a ativação de catalisadores. Atualmente, o processo de extração de lignina da biomassa é feito por meio do Processo de Antraquinona. Contudo, devido à condição de hidrogênio de alta pressão e catalisadores de metais preciosos, isto não era adequado para uso com enzimas.

A equipe de pesquisa resolveu esse problema por meio do desenvolvimento de um sistema fotoeletro-bioquímico compartimentado para sistemas não assistidos, seletivo, e valorização estável da lignina. A principal vantagem deste sistema é que envolve três sistemas catalíticos (um fotocatalisador para geração de fotovoltagem, um eletrocatalisador para a produção de H2O2, e um biocatalisador para a valorização da lignina) que são integrados para a valorização seletiva do dímero da lignina na irradiação com a luz solar, sem a necessidade de energia elétrica ou produtos químicos adicionais.

Ao projetar o sistema, a equipe de pesquisa colocou membranas de eletrólito de polímero como separadores entre as células para proteger o biocatalisador de condições prejudiciais geradas durante a reação, assim preservou sua estabilidade e atividade. Seus resultados mostram que o sistema fotoeletro-bioquímico pode catalisar a clivagem do dímero de lignina com uma eficiência de conversão de 93,7% e seletividade de 98,7%, que ultrapassa em muito as de compartimento único (37,3% e 34,8%) e compartimento duplo (25,0%, 48,1%) sistemas. O sistema foi posteriormente aplicado para síntese de polímero sustentável usando um monômero de lignina, álcool coniferílico, com rendimento de 73,3% e eficiência de conversão de 98,3%; Contudo, os rendimentos de polímero dos sistemas de compartimento único e de dois compartimentos foram de apenas ca. 0% e 8,6%, respectivamente.

"Esta tecnologia de valorização seletiva de lignina não assistida pode converter lignina residual em aromáticos e polímeros de valor agregado sem a necessidade de qualquer energia adicional e produtos químicos, "diz o professor Ji Wook Jang." Isso poderia superar os problemas associados à atualização de biomassa atual, como sua eficácia de baixo custo e tecnologia de processamento limitada. "

“Esta pesquisa é significativa, pois apresenta novas possibilidades para a conversão de biomassa, como resíduos de madeira em petroquímicos aromáticos, de forma ecologicamente correta, "diz o professor Yong Hwan Kim." Acreditamos que o desenvolvimento e a ampliação dessa tecnologia serão um marco para a substituição de produtos petroquímicos por bioquímicos. "

Os resultados desta pesquisa foram publicados em Nature Communications .