Marcus Foston (à esquerda) e colaboradores estão explorando como usar a lignina, um resíduo comum da polpação de papel, como fonte de alternativas renováveis aos produtos químicos derivados do petróleo. Crédito:Jerry Naunheim A lignina, um polímero orgânico complexo, é um dos principais componentes da madeira, proporcionando suporte estrutural e rigidez para tornar as árvores fortes o suficiente para resistir aos elementos. Ao transformar madeira em papel, a lignina é um ingrediente chave que deve ser removido e muitas vezes se transforma em resíduo.
Marcus Foston, professor associado de engenharia energética, ambiental e química na Escola de Engenharia McKelvey da Universidade de Washington em St. Louis, está explorando como agregar valor à lignina, quebrando-a em pequenas moléculas que são estruturalmente semelhantes aos hidrocarbonetos oxigenados. Estes produtos químicos renováveis são componentes essenciais em muitos processos e produtos industriais, mas são tradicionalmente provenientes de petróleo não renovável.
O estudo de Foston sobre a desmontagem da lignina, feito em colaboração com Sai Venkatesh Pingali, cientista de espalhamento de nêutrons do Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL), foi publicado em 17 de janeiro na ACS Sustainable Chemistry &Engineering .
"A estrutura da lignina na verdade se parece muito com a que obtemos do petróleo", disse Foston, que também é diretor do Centro de Pesquisa de Materiais Avançados de Fabricação de Biologia Sintética (SMARC) da WashU. "Nos processos de fabricação atuais, gastamos tempo fazendo com que o petróleo se pareça com os elementos da lignina. Em vez disso, estou usando um catalisador para quebrar a lignina mais facilmente e de tal forma que produza produtos químicos específicos. Assim que pudermos produzir produtos químicos a partir da lignina na forma que desejarmos, então poderemos fazer um uso mais eficiente da lignina, que é um subproduto abundante da transformação da madeira em papel."
Com colaboradores do ORNL, Foston usou o espalhamento de nêutrons para estudar como a lignina interage com solventes e catalisadores durante sua desmontagem sob condições de reação, incluindo alta temperatura e pressão. As instalações avançadas do ORNL permitiram aos pesquisadores observar o processo de reação em tempo real para melhorar seu catalisador e agilizar ainda mais os sistemas de reação para despolimerização da lignina.
Esta visão direta, em nível molecular, é crítica, disse Foston, para descobrir como o catalisador e a lignina se comportam em solução e para garantir que a lignina não se recondense em um polímero com ligações que os cientistas não conseguem quebrar facilmente.
“Neste estudo, estamos pensando especificamente em como podemos pegar a grande quantidade de lignina produzida durante a produção de biocombustíveis ou de papel e usá-la para produzir produtos químicos renováveis que substituam alguns dos produtos químicos que obtemos atualmente do petróleo”, disse Foston. .
"De forma mais ampla, os mesmos princípios de despolimerização que estamos explorando com a lignina poderiam ser usados em outras aplicações. Por exemplo, as mesmas lições deste estudo se aplicam a cenários de resíduos plásticos, onde uma abordagem é desconstruir resíduos plásticos em pequenas moléculas que poderiam ser usado para fazer plástico ou outros produtos úteis."
“Em última análise, queremos pegar um monte de produtos químicos provenientes do petróleo e descobrir como podemos produzi-los de forma renovável”, acrescentou Foston. "Tudo o que aprendemos sobre a lignina também se aplicará a outros espaços."
