Det finns ett gammalt talesätt inom bioraffineringsindustrin att "Du kan göra allt från lignin, utom pengar." Denna biobaserade förening är riklig och full av potential, men kommersialiseringen av den är fortfarande en utmaning.
Detta kanske snart inte längre är fallet med ett innovativt tillvägagångssätt av kemister från Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) vid den kinesiska vetenskapsakademin och deras kollegor för att utnyttja ligninkondensation – som ofta anses vara en olägenhet – för effektivt utnyttjande av lignocellulosa. Detta öppnar för en holistisk väg för att maximera potentialen för träbiomassa och gå vidare mot en mer hållbar framtid.
Deras resultat publiceras i Nature den 29 maj.
Lignin är en komplex polymer i lignocellulosa - en strukturell komponent som finns i växternas cellväggar och ett potentiellt organiskt råmaterial för produktion av biobränsle och biobaserat material. Men när det behandlas kemiskt tenderar lignin att bilda nya C-C-bindningar, en process som kallas kondensation, vilket gör dess struktur komplex och mindre reaktiv. Detta hämmar vidare bearbetning och begränsar följaktligen det effektiva utnyttjandet av lignocellulosa för produktion av gröna kemikalier och material.
Olika ansträngningar har gjorts för att kringgå denna skadliga kondensation. Forskare vid DICP gick dock emot och hittade ett sätt att använda ligninkondensering till sin fördel.
"Istället för att undertrycka den oönskade reaktionen var vårt mål att utnyttja lignins benägenhet mot kondensering genom att omstrukturera kondensationsreaktionsvägen genom explicit arylering med lignin-härledda fenoler", säger Wang Feng, professor vid DICP och motsvarande författare till denna studie.
Arylering är en kemisk process där en arylgrupp, en typ av aromatisk förening, införs i en molekyl via Friedel-Crafts Alkylation. Genom att styra specifika bindningsbildningar genom denna process kunde forskarna erhålla ett högt utbyte av kondenserat lignin, som vidarebearbetades för att producera godartade bisfenoler - mångsidiga föreningar med applikationer från plast till lim som skulle kunna fungera som potentiella ersättningar för fossilbaserade motsvarigheter.
"Historiskt sett har lignin setts som avfall eller ett hinder i bioraffinaderiprocesser," sade Wang. "Men genom våra studier har vi kommit att inse att lignin snarare än en avfallsprodukt är en ovärderlig och oumbärlig naturresurs för att främja hållbarhet. Vår slogan är därför "Lignin Matters" och vi förespråkar utveckling av strategier som syftar till att effektivt omvandla lignin till värdefulla kemikalier och material."
Genom att maximera lignocellulosavärdet bidrar forskarnas tillvägagångssätt till en mer holistisk syn på biomassautnyttjande, i linje med målen för gröna bioraffinaderier.
"Vårt slutmål är att etablera ett industriellt konkurrenskraftigt bioraffinaderi, som revolutionerar produktionen av förnybara kemikalier och biomaterial," sa Wang. "Jag hoppas att T-shirts och plastprodukter i framtiden kan tillverkas direkt av trä eller gräs."
Mer information: Feng Wang, Selektiv lignin-arylering för biomassafraktionering och godartade bisfenoler, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07446-5. www.nature.com/articles/s41586-024-07446-5
Journalinformation: Natur
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
