I varje växt - från träd till grödor - finns det ett ämne som utgör dess trä eller stjälkar, fiber, och cellväggar. Detta ämne är en komplex naturlig polymer som kallas lignin, och det är den näst största förnybara kolkällan på planeten efter cellulosa.

Detta naturliga överflöd har väckt stort intresse från forskarvärlden för att kemiskt omvandla lignin till biobränslen. Och om växtlivet verkligen håller byggstenarna för förnybara bränslen, det verkar som att vi bokstavligen är omgivna av potentiella energikällor överallt där grönt växer.

Men att reda ut de komplexa kedjorna av dessa polymerer till komponenter, som kan vara användbar för flytande bränsle och andra applikationer, allt från läkemedel till plast, har inneburit en pågående utmaning för vetenskap och industri.

Det finns för närvarande två vanliga sätt att bearbeta lignin. Man kräver en syra plus hög värme, och den andra är pyrolys, eller behandling med hög värme i frånvaro av syre. Förutom att vara energikrävande bearbetningsmetoder, resultaten är mindre än optimala.

"Du slutar med individuella molekyler som är instabila och reaktiva, och de återpolymeriserar lätt. Det är en hemsk röra, verkligen, " förklarar Igor Slowing, en expert på heterogen katalys vid det amerikanska energidepartementets Ames Laboratory. "Vi måste kunna dekonstruera lignin på ett sätt som är ekonomiskt genomförbart och stabilt, lättanvända komponenter."

Slowing och andra forskare vid Ames Laboratory arbetar för att nå det kommersialiseringsmålet, experimenterar med kemiska reaktioner som bryter ner ligninmodeller vid låga temperaturer och tryck. Det finns redan kända sätt att rädda användbara biprodukter ur lignin genom tillsats av en stabiliseringsprocess. Men Slowing och hans forskargrupp tog både nedbrytnings- och stabiliseringsprocesserna vidare, genom att kombinera de två till en multifunktionell katalysator, med användning av fosfatmodifierad ceriumoxid.

"Vår process gör brytning av ligninliknande material och stabilisering i ett enda steg under mycket milda förhållanden, " sa Slowing. "Det intressanta är att även om det finns två olika typer av kemiska processer som sker i ett enda material, de verkar fungera synergistiskt, och kan göra det vid en lägre temperatur."

I ett annat experiment, Slowings forskargrupp kunde bearbeta ett relaterat material, fenol, till användbara industriella prekursorer för nylonproduktion. Detta arbete använde en katalysator gjord av ceriumoxid och palladium dopad med natrium, vilket ökade processens reaktivitet avsevärt. De eliminerade också användningen av väte, som framställs genom ångbehandling av naturgas, och använde istället en energibesparande alkoholbaserad hydrogeneringsprocess.

Forskningen fortsätter. "Båda dessa resultat var mycket lovande, och vårt nästa steg är att kombinera de två experimenten till ett, och uppnå lignindekonstruktion med väte från en förnybar källa, "sa långsam.