Endüstrinin en zorlu lignin yan ürünlerinden biri, değerli kimyasalların hammaddesi olabilir

Kağıt mendilden kartona kadar her şeyi üreten kağıt hamuru ve kağıt endüstrisi aynı zamanda önemli ama genellikle gözden kaçırılan bir yan ürün de üretiyor: lignin adı verilen karmaşık bir polimer. Her yıl yaklaşık 100 milyon ton lignin üretiliyor. Gezegendeki en büyük doğal aromatik karbon kaynağı olmasına rağmen çoğu enerji için yakılıyor. Bunun nedeni, işlenmesi oldukça zor olan karmaşık yapısından kaynaklanmaktadır. Araştırmacılar, endüstriyel lignini yararlı biyo-bazlı kimyasallara dönüştürecek yöntemler geliştirerek, endüstriyel ligninden yararlanmanın yollarını araştırıyorlar.

Enerji Bakanlığı’nın Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’ndaki (Berkeley Laboratuvarı) araştırmacılar tarafından yürütülen yeni bir çalışma, Kimya Mühendisliği Dergisikraft lignin adı verilen en zorlu lignin türlerinden birini, farmasötik içeriklerin, boyaların, gübrelerin ve böcek ilaçlarının üretiminde kullanılan değerli kimyasallar olan benzilaminlere dönüştürmek için ölçeklenebilir bir süreç kurdu.

Benzilaminler tipik olarak oldukça toksik bir kimyasaldan yapılır. Bunları ligninden üretmek, daha çevre dostu bir alternatif sağlarken aynı zamanda çoğu zaman israf edilen bu ucuz, bol miktardaki kaynağın kullanımını da sağlar.

Farklı katalitik reaktifler kullanılarak metanol solvent bazlı prosesten kaynaklanan lignin türevi ürünler. Farklı renkler farklı reaksiyon seviyelerini gösterir. Bu substratlar benzilaminler için ara madde görevi görür.

Metanolün en etkili olduğu kanıtlandı

Çalışmanın baş yazarı ve yenilikçi biyoteknolojilerin laboratuvardan ticari olarak uygun hale gelmesini sağlayan ölçek büyütme tesisi olan Berkeley Laboratuvarı’nın İleri BiyoProses Geliştirme Birimi’nin (ABPDU) baş bilimsel mühendislik ortağı Chang Dou, “Son zamanlarda ligninin benzilaminlere dönüştürülmesine ilgi duyuldu” dedi. “Ligninin farklı solventlere nasıl tepki verdiğini daha iyi anladık ve geliştirdiğimiz süreç farklı lignin türlerine uygulanabilir.”

Lignini benzilaminlere dönüştürmenin ilk adımı, onu daha sonra yükseltilebilecek ayrı birimlere ayırmayı içerir. Bunu yapmak için araştırmacılar, kimyasal reaksiyonları hızlandıran farklı solventleri ve katalitik reaktifleri test etti. Kullanılan solventin türü en kritik faktördü ve metanol en verimli olanı olarak belirlendi.

Farklı solvent türleri verimi etkilerken, ürün dağılımı (oluşturulan ürünlerin oranı) tüm solventlerde büyük ölçüde aynı kaldı. Ancak farklı katalitik reaktifler ürettikleri ürün türlerini etkiledi.

ABPDU’da çalışan bir bilim adamı ve çalışmanın ilgili yazarlarından biri olan Ning Sun, “Bu, solvent seçiminin öncelikle verimi yönettiğini, oysa katalizör seçiminin istenen kimyasal ürünlere yönelmede kritik öneme sahip olduğunu gösteriyor” dedi.

Kraft ligninin ticari vaadi

Bu araştırmada kraft lignininin kullanılması da önemlidir. Kraft lignini, zorlu koşullara maruz kalma sonucu oluşan yoğunlaşmış yapısı nedeniyle işlenmesi en zor lignin türlerinden biridir.

Proses analitiği kimyageri Dou, “Sektördeki şaka, ligninden para dışında her şeyi kazanabileceğinizdir” dedi. “En inatçı endüstriyel ligninin bile değerli kimyasal yapı taşlarına dönüştürülebileceğini gösterdik.”

ABPDU personeli, bu yöntemin ekonomisini analiz etmek için Ortak BiyoEnerji Enstitüsü’ndeki (JBEI) araştırmacılarla işbirliği yaptı ve metanol solvent bazlı bir işlemin büyük ölçeklerde en iyi performansı gösterdiğini buldu. Katalitik reaktiflerin eklenmesinin, benzilamin verimleri üzerinde bunların prosedürde kullanılmasını haklı çıkaracak kadar önemli bir etkisi olmadı.

Sun, “Bu bizi büyük ölçüde akademik bir çalışmanın ötesine geçerek daha pratik, ölçeklenebilir ve ekonomik açıdan anlamlı bir kimyasal üretim stratejisine doğru götürüyor” dedi.