Une équipe de recherche, dirigé conjointement par le professeur Ji Wook Jang, Professeur Yong Hwan Kim, et le professeur Sang Hoon Joo de l'École d'ingénierie énergétique et chimique de l'UNIST, a dévoilé une nouvelle technologie de conversion de la biomasse qui peut transformer les résidus de biomasse forestière (c. sciure de bois provenant de l'exploitation forestière) en combustibles et produits chimiques de plus grande valeur. Publié dans le numéro de novembre 2019 de Communication Nature , la nouvelle technologie devrait réduire notre dépendance vis-à-vis des produits issus de la pétrochimie.

Dans l'étude, l'équipe de recherche commune a introduit un système catalytique de fusion capable de convertir sélectivement la lignine, qui constitue le principal constituant des déchets de bois, en produits chimiques de plus grande valeur via l'énergie solaire.

Lignine, , est le deuxième biopolymère renouvelable le plus abondant après la cellulose, et est généralement jeté comme déchet dans l'industrie des pâtes et papiers en très grandes quantités. Contrairement à la cellulose, la structure de la lignine est extrêmement complexe et manque de régularité stérique. De tels traits rendent la lignine difficile à décomposer et encore plus difficile à convertir en quelque chose de précieux. Biocatalyseurs, comme les enzymes, sont souvent impliqués dans la dégradation de la lignine, ainsi une quantification minutieuse de la matière d'entrée (c'est-à-dire, peroxyde d'hydrogène, H2O2) est important pour l'activation des catalyseurs. Maintenant, le processus d'extraction de la lignine de la biomasse est géré via Anthraquinone Process. Cependant, en raison de la condition d'hydrogène à haute pression et des catalyseurs de métaux précieux, ce n'était pas approprié pour une utilisation avec des enzymes.

L'équipe de recherche a résolu ce problème via le développement d'un système photo-électro-biochimique compartimenté pour sélectif, et la valorisation stable de la lignine. Le principal avantage de ce système est qu'il fait intervenir trois systèmes catalytiques (un photocatalyseur pour la génération de photovoltaïque, un électrocatalyseur pour la production de H2O2, et un biocatalyseur pour la valorisation de la lignine) qui sont intégrés pour la valorisation sélective des dimères de lignine lors d'une irradiation avec la lumière du soleil sans avoir besoin d'énergie électrique ou de produits chimiques supplémentaires.

Lors de la conception du système, l'équipe de recherche a placé des membranes électrolytiques polymères comme séparateurs entre les cellules pour protéger le biocatalyseur des conditions néfastes générées pendant la réaction, ainsi conservé sa stabilité et son activité. Leurs résultats montrent que le système photo-électro-biochimique peut catalyser le clivage des dimères de lignine avec une efficacité de conversion de 93,7% et une sélectivité de 98,7%, qui surpasse de loin celles des mono-compartiments (37,3% et 34,8%) et des bi-compartiments (25,0%, 48,1%) systèmes. Le système a ensuite été appliqué pour la synthèse durable de polymères à l'aide d'un monomère de lignine, alcool coniférylique, avec un rendement de 73,3% et un rendement de conversion de 98,3%; cependant, les rendements en polymère des systèmes à un compartiment et à deux compartiments n'étaient que d'env. 0 % et 8,6 %, respectivement.

"Cette technologie de valorisation sélective de la lignine sans assistance pourrait convertir la lignine résiduelle en aromatiques et polymères à valeur ajoutée sans avoir besoin d'énergie ni de produits chimiques supplémentaires, " dit le professeur Ji Wook Jang. " Cela pourrait éventuellement surmonter les problèmes liés à la valorisation actuelle de la biomasse, tels que sa faible rentabilité et sa technologie de traitement limitée."

« Cette recherche est importante car elle présente de nouvelles possibilités pour transformer la biomasse telle que les déchets de bois en produits pétrochimiques aromatiques d'une manière respectueuse de l'environnement, ", déclare le professeur Yong Hwan Kim. "Nous pensons que le développement et la mise à l'échelle de cette technologie seront une étape importante pour le remplacement des produits pétrochimiques par des produits biochimiques."

Les résultats de cette recherche ont été publiés dans Communication Nature .