In elke plant - van bomen tot gewassen - bestaat een substantie die het hout of de stengels vormt, vezel, en celwanden. Deze stof is een complex natuurlijk polymeer genaamd lignine, en het is de op één na grootste hernieuwbare koolstofbron ter wereld, na cellulose.

Deze natuurlijke overvloed heeft veel belangstelling getrokken van de onderzoeksgemeenschap om lignine chemisch om te zetten in biobrandstoffen. En als het plantenleven echt de bouwstenen bevat voor hernieuwbare brandstoffen, het lijkt alsof we overal waar groen groeit letterlijk omringd zijn door potentiële energiebronnen.

Maar het ontwarren van de complexe ketens van deze polymeren tot componenten, die nuttig kan zijn voor vloeibare brandstof en andere toepassingen, variërend van farmaceutische producten tot kunststoffen, vormt een voortdurende uitdaging voor de wetenschap en de industrie.

Er zijn momenteel twee veel voorkomende manieren om lignine te verwerken. Men heeft een zuur plus hoge hitte nodig, en de andere is pyrolyse, of behandelen met hoge hitte in afwezigheid van zuurstof. Behalve dat het energieverslindende verwerkingsmethoden zijn, de resultaten zijn niet optimaal.

"Je eindigt met individuele moleculen die onstabiel en reactief zijn, en ze polymeriseren gemakkelijk opnieuw. Het is een vreselijke puinhoop, Echt, " legt Igor Slowing uit, een expert in heterogene katalyse bij het Ames Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy. "We moeten lignine kunnen deconstrueren op een manier die economisch haalbaar en stabiel is, gemakkelijk bruikbare componenten."

Slowing en andere wetenschappers van Ames Laboratory werken aan het bereiken van dat commercialiseringsdoel, experimenteren met chemische reacties die ligninemodellen ontleden bij lage temperaturen en drukken. Er zijn reeds bekende manieren om bruikbare bijproducten uit lignine te redden door toevoeging van een stabilisatieproces. Maar Slowing en zijn onderzoeksteam gingen verder met zowel de ontbindings- als stabilisatieprocessen, door de twee te combineren tot één multifunctionele katalysator, met behulp van met fosfaat gemodificeerde ceria.

"Ons proces zorgt voor het breken van lignine-achtig materiaal en de stabilisatie in een enkele stap in zeer milde omstandigheden, "zei Slowing. "Het interessante is dat hoewel er twee verschillende soorten chemische processen plaatsvinden in een enkel materiaal, ze lijken synergetisch te werken, en kunnen dat bij een lagere temperatuur."

In een ander experiment, Het onderzoeksteam van Slowing was in staat om een ​​verwant materiaal te verwerken, fenol, tot bruikbare industriële voorlopers voor de productie van nylon. Dit werk gebruikte een katalysator gemaakt van ceria en palladium gedoteerd met natrium, wat de reactiviteit van het proces aanzienlijk verhoogde. Ze elimineerden ook het gebruik van waterstof, die wordt geproduceerd uit de stoombehandeling van aardgas, en gebruikte in plaats daarvan een energiebesparend, op alcohol gebaseerd hydrogeneringsproces.

Onderzoek gaat door. "Beide resultaten waren veelbelovend, en onze volgende stap is om de twee experimenten te combineren tot één, en de deconstructie van lignine bereiken met behulp van waterstof uit een hernieuwbare bron, ' zei Slowing.