Lignin, används som en förnybar resurs för att producera högvärdiga produkter, har inneburit både produktionsmässiga och ekonomiska utmaningar för bioraffinaderiverksamheten.

Dock, en forskare från Texas A&M AgriLife Research föreslår användningen av en extraktionsmetod, plus andra raffineringsprocesser för att producera flera ligninströmmar.

Dr Joshua Yuan, ordförande för Synthetic Biology and Renewable products vid Texas A&M University, har publicerat sina forskningsrön i Grön kemi , den peer-reviewed tidskriften Royal Society of Chemistry.

Hållbart bioraffinaderi är starkt beroende av generering av förädlade produkter, speciellt från lignin. Trots stora ansträngningar, produktionen av fungible ligninbioprodukter hindras fortfarande av den dåliga fraktioneringen och låga reaktiviteten hos lignin, enligt tidskriftsartikeln, som finns på omslaget.

Yuan föreslår användning av selektiv organisk lösningsmedelsextraktion, även känd som SOFA, en process som använder olika förhållanden som pH och temperatur för att härleda lignin med olika kemi.

"Denna process används så att en mängd olika ligninpartiklar med olika egenskaper kan produceras, ", sa han. "Detta kommer att tillåta olika funktioner. Det är ett viktigt övervägande för applikationer som läkemedelsleverans och nanokompositer."

Som ett resultat, han sa, Att skräddarsy ligninkemin med SOFA ger ett hållbart sätt att uppgradera det lågvärdiga ligninet och bidrar därmed till bioraffinaderiernas lönsamhet.

"Lignocellulosabiomassa kan användas för att producera andra generationens biobränsle, eller avancerat biobränsle, som kommer att vara en hållbar och alternativ lösning till traditionella fossila bränslen, " sa Yuan. "I grund och botten, gräsliknande durra och switchgrass kan odlas för att fixera koldioxid och bearbetas till etanol för bränsle.

"Med tanke på det höga utbytet av energisorghum, energirör och andra råvaror, produktiviteten per hektar är mycket högre än majsetanol. Detta kommer att minska kolbalansen och förbättra energiproduktionen från biobränsle. För fleråriga råvaror som switchgrass och energirör, det främjar också mark- och vattenvård samt biologisk mångfald."

Yuan sa att problemet är att lignin är avfallet i denna bioraffinaderiprocess, vilket negativt påverkar bioraffinaderiets ekonomi och hållbarhet. Han sa att användningen av lignin för högvärdiga produkter kommer att förbättra bioraffinaderiets kostnadseffektivitet och hållbarhet avsevärt.

"Lignin nanopartikel är en högvärdig produkt som skulle kunna uppnå detta, när den används för bulkprodukter som gödselmedel med långsam frisättning, ", sade han. "En annan mycket viktig aspekt är att lignin i allmänhet anses säkert och biokompatibelt. Och lignin-nanopartiklar kan användas för läkemedelsleverans."

Yuan sa att en av de viktigaste utmaningarna inom bioraffinaderi, specifikt lignocellulosabioraffinaderi, är att använda lignin för högvärdiga produkter, sa Yuan.

"Det mesta av den nuvarande bioraffinaderikonfigurationen fokuserar på etanol som den enda produkten, vilket ger begränsat värde till produktionen, " sa han. "Om du tittar på bioraffinaderiet för majs etanol, de har destillationsspannmål och majsolja som biprodukter för att öka värdet, så att raffinaderiet kan tjäna pengar. På samma sätt, petroleumbioraffinaderiindustrin använder varje bit av råvaran för att producera olika (helst mer värdefulla) produkter.

"Lignocellulosabioraffinaderiet måste använda komplett råmaterial för att producera olika produkter och om möjligt, högvärdiga produkter, för att göra raffinaderiet ekonomiskt genomförbart. Detta kräver nya bioraffinaderiprocesser som SOFA."

Yuan sa att en växtcellvägg har tre huvudkomponenter:cellulosa, hemicellulosa och lignin. Både cellulosa och hemicellulosa är sockerbaserade, och kan användas för etanoljäsning.

"Men lignin är en aromatisk polymer, och vi måste hitta bra användning för det. Detta dokument ger en av lösningarna. Mitt labb har fokuserat på detta, och vi har utvecklat vägar för att producera kolfiber av hög kvalitet, nanopartiklar, asfaltbindemedelsmodifierare, bioplaster och biodiesel från lignin. Denna forskning stöddes av Department of Energy Bioenergy Technology Office."