De la matière première inépuisable lignine, qui, en tant que constituant de nombreuses plantes, s'accumule en grande quantité, les carburants et autres substances importantes pourraient en théorie être extraits pour l'industrie - jusqu'à présent, bien que, cela ne peut pas être fait assez efficacement. Des chercheurs de l'Institut Paul Scherrer PSI et de l'ETH Zurich ont maintenant trouvé une méthode pour identifier des produits intermédiaires jusqu'alors inconnus des réactions catalytiques utilisées pour cette conversion. Cela pourrait permettre une amélioration plus ciblée des méthodes de production à l'avenir. L'étude paraît dans le dernier numéro de la revue Communication Nature .

Comme il serait pratique et respectueux de l'environnement si le carburant pouvait simplement être fabriqué à partir de déchets végétaux. Ou des phénols, dont l'industrie des plastiques a un besoin urgent. Et si nous pouvions simplement obtenir les matières premières fondamentales de notre civilisation à partir de quelque chose que la nature produit en abondance année après année, que l'on laisse sinon pourrir ?

La lignine, par exemple, est présente dans toutes les plantes ligneuses et est, avec environ 20 milliards de tonnes produites chaque année, la substance organique la plus commune sur Terre en plus de la cellulose et de la chitine. Il se compose principalement de carbone, hydrogène, et de l'oxygène dans une molécule volumineuse et très complexe, qui est composé de composés plus petits tels que ceux nécessaires à la production de carburant et de phénols.

Une étape majeure vers la compréhension du mécanisme

Théoriquement, ces composés peuvent être obtenus à partir de la lignine par craquage. Chimiquement, cependant, c'est extrêmement compliqué et coûteux. L'essentiel :jusqu'à présent, ça ne paie tout simplement pas. Pourtant cela pourrait changer, grâce à des méthodes plus sophistiquées. Et des chercheurs en Suisse, à l'Institut Paul Scherrer PSI de Villigen et à l'ETH Zurich, ont franchi une étape majeure vers la compréhension du mécanisme derrière les réactions qui peuvent conduire aux produits chimiques souhaités. Dans cette méthode, la grande molécule de lignine - comme modèle, les chercheurs ont utilisé le bloc de construction de la lignine guaiacol (une partie de la plus grosse molécule) - est divisé en molécules encore plus petites à environ 400 degrés dans un environnement sans oxygène. Pour faire ça, un catalyseur est utilisé - un matériau qui accélère la réaction sans être consommé. Dans ce cas, les chercheurs utilisent une zéolite, un matériau avec de nombreux pores et donc une grande surface où la réaction peut se produire.

D'abord, les soi-disant intermédiaires apparaissent pendant quelques fractions de seconde seulement - des espèces réactives gazeuses qui réagissent immédiatement avec l'eau et l'oxygène pour former des phénols et d'autres produits finaux stables. Ces intermédiaires ne peuvent pas être observés avec les méthodes conventionnelles, dit Patrick Hemberger, scientifique des lignes de lumière à la source de lumière suisse SLS du PSI. Tout d'abord, vous pouvez à peine les distinguer, parce que leurs molécules sont souvent constituées des mêmes atomes, juste arrangé différemment. Mais si l'on pouvait déterminer ces produits intermédiaires et leurs concentrations, alors il serait également possible de modifier le processus de telle sorte que des intermédiaires particuliers soient générés préférentiellement et, à la fin, le rendement du produit désiré est augmenté.

La lumière synchrotron rend l'invisible visible

Puisque les molécules ont le même poids, ils ne peuvent pas être distingués par un spectromètre de masse, qui trie les substances en fonction de leur poids. Au moyen d'un rayonnement synchrotron ultraviolet dit sous vide et d'une combinaison de spectrométrie de masse et de spectroscopie photoélectronique, qui est à notre disposition au SLS, nous avons pu le faire, Rapports Hemberger. Cela signifie :les faisceaux de lumière spéciaux que le SLS génère éjectent des électrons des molécules, et ceux-ci sont ensuite observés avec des méthodes spéciales. Les propriétés observées de ces électrons sont comme une empreinte digitale, et ils sont propres à chaque substance.

Jusqu'à maintenant, de tels processus catalytiques ont été exécutés sur ce que le chimiste appelle une approche de cuisson et d'apparence :une recherche par essais et erreurs - avec des variations par exemple de température, catalyseur, et la concentration des molécules - pour trouver quelle configuration expérimentale donne la plupart du produit souhaité. Avec l'approche développée par Patrick Hemberger, nous pouvons maintenant pour la première fois démêler les mécanismes réactionnels complexes, dit le co-auteur Jeroen van Bokhoven, directeur du Laboratoire de catalyse et de chimie durable au PSI et professeur de catalyse hétérogène à l'ETH Zurich. Et ainsi nous pouvons maintenant développer de nouveaux, meilleur, et des processus de production plus respectueux de l'environnement de manière plus ciblée, ajoute Victoria Custodis, le deuxième co-auteur. En plus de ça, ils s'attendent également à ce que l'approche soit transférable à de nombreux autres procédés catalytiques.