Marcus Foston, professeur agrégé de génie énergétique, environnemental et chimique à la McKelvey School of Engineering de l'Université Washington de St. Louis, étudie comment ajouter de la valeur à la lignine en la décomposant en petites molécules structurellement similaires aux hydrocarbures oxygénés. Ces produits chimiques renouvelables sont des composants clés dans de nombreux processus et produits industriels, mais ils proviennent traditionnellement de pétrole non renouvelable.

L'étude de Foston sur le désassemblage de la lignine, réalisée en collaboration avec Sai Venkatesh Pingali, scientifique en diffusion neutronique au Laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL), a été publiée le 17 janvier dans ACS Sustainable Chemistry &Engineering. .

"La structure de la lignine ressemble beaucoup à celle que nous obtenons du pétrole", a déclaré Foston, qui est également directeur du Centre de recherche sur la fabrication de matériaux avancés en biologie synthétique (SMARC) de WashU. "Dans les processus de fabrication actuels, nous passons du temps à faire ressembler le pétrole aux éléments de la lignine. Au lieu de cela, j'utilise un catalyseur pour décomposer la lignine plus facilement et de telle manière qu'elle produise des produits chimiques spécifiques. Une fois que nous pouvons produire des produits chimiques à partir de la lignine sous la forme que nous souhaitons, nous pourrons alors utiliser plus efficacement la lignine, qui est un sous-produit abondant de la transformation du bois en papier."

Avec des collaborateurs de l'ORNL, Foston a utilisé la diffusion de neutrons pour étudier comment la lignine interagit avec les solvants et les catalyseurs lors de son démontage dans des conditions de réaction, notamment à haute température et pression. Les installations avancées d'ORNL ont permis aux chercheurs d'observer le processus de réaction en temps réel pour améliorer leur catalyseur et rationaliser davantage les systèmes de réaction pour la dépolymérisation de la lignine.

Cette vue directe au niveau moléculaire est essentielle, a déclaré Foston, pour comprendre comment le catalyseur et la lignine se comportent en solution et pour garantir que la lignine ne se recondense pas en un polymère avec des liaisons que les scientifiques ne peuvent pas facilement rompre.

"Dans cette étude, nous réfléchissons spécifiquement à la façon dont nous pouvons utiliser la grande quantité de lignine produite lors de la production de biocarburant ou de papier et l'utiliser pour fabriquer des produits chimiques renouvelables qui remplacent certains des produits chimiques que nous obtenons actuellement du pétrole", a déclaré Foston. .

"Plus largement, les mêmes principes de dépolymérisation que nous explorons avec la lignine pourraient être utilisés dans d'autres applications. Par exemple, les mêmes leçons de cette étude s'appliquent aux scénarios de déchets plastiques, où une approche consiste à déconstruire les déchets plastiques en petites molécules qui pourraient être utilisé pour fabriquer du plastique ou d'autres produits utiles."

"En fin de compte, nous voulons prendre un tas de produits chimiques provenant du pétrole et trouver comment nous pouvons les fabriquer de manière renouvelable", a ajouté Foston. "Tout ce que nous apprenons sur la lignine s'appliquera également à d'autres espaces."