Il metodo di separazione della lignina potrebbe rendere redditizio il materiale rinnovabile

RICHLAND, Washington –Un nuovo metodo per estrarre la lignina potrebbe aiutare a trasformare la paglia di grano in oro. La lignina prodotta utilizzando il nuovo metodo era di colore neutro, inodore e omogenea, un progresso che potrebbe rendere questo materiale a zero emissioni di carbonio un candidato più valido per lo sviluppo di prodotti di alto valore.

In un rapporto pubblicato negli Atti della National Academy of Sciences, i ricercatori della Washington State University hanno estratto fino al 93% di lignina con una purezza fino al 98% dalla paglia di grano, producendo una quantità significativa di materiale in modo uniforme che potrebbe renderlo più attraente per l’industria. utilizzo.

"Questo metodo ci consente di estrarre la lignina dal materiale vegetale nella sua forma nativa e con un rendimento elevato", ha affermato Xiao Zhang, professore alla Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering della WSU, che ha guidato il lavoro. “Siamo stati in grado di dimostrare all’industria che è possibile produrre lignina dal colore neutro e inodore, e possiamo produrre una buona parte del materiale per iniziare a valutare le sue applicazioni”.

La lignina è la seconda fonte di carbonio rinnovabile più abbondante, costituendo circa il 30% del carbonio non fossile presente sulla Terra. È presente in tutte le piante vascolari, dove forma le pareti cellulari e fornisce rigidità alle piante. La lignina permette agli alberi di stare in piedi, conferisce alle verdure la loro fermezza e costituisce circa il 20%-35% del peso del legno. Il materiale è molto promettente come precursore di materiali e combustibili di origine biologica, ma è anche notoriamente difficile da estrarre dalle piante.

Il materiale viene solitamente separato durante la produzione della carta e la bioraffinazione, ma questi processi spesso contaminano e alterano in modo significativo le proprietà chimiche e fisiche della lignina, diminuendone il valore. Quindi la maggior parte della lignina viene bruciata per produrre carburante ed elettricità o utilizzata in prodotti di basso valore, come additivi per cemento o come legante nei mangimi per animali. La produzione di una lignina più omogenea offre l’opportunità di perseguire lo sviluppo di materiali di alto valore per sostituire plastiche e polimeri derivati ​​dal petrolio.

"A causa della sua eterogeneità, la lignina non può essere utilizzata come materiale prezioso nonostante secoli di sforzi", ha affermato Zhang, che ha un appuntamento congiunto con il Pacific Northwest National Laboratory. “Si dice che 'dalla lignina si può ricavare qualsiasi cosa, tranne il denaro'. C’è così tanta eterogeneità nelle molecole che nessuno può ricavarne qualcosa in modo affidabile”.

Nel loro lavoro, i ricercatori hanno utilizzato un solvente per separare la lignina dalla paglia di grano e sono riusciti a preservarne e controllarne le proprietà chiave, producendo una molecola più uniforme con un peso molecolare costante che la rende più utile per l’industria. La lignina estratta era di colore chiaro, più simile alla lignina esistente in natura.

Poiché è un composto ricco di elettroni, la lignina aveva una forte affinità per il solvente e le interazioni elettroniche hanno permesso ai ricercatori di estrarlo con reazioni chimiche minime, che hanno protetto la sua struttura molecolare naturale che spesso viene facilmente danneggiata nelle separazioni chimiche.

L'Ufficio di Commercializzazione della WSU ha depositato un brevetto provvisorio e assisterà i ricercatori per l'ampliamento e l'eventuale commercializzazione di questa tecnologia. Per renderlo più fattibile per le applicazioni industriali, il gruppo di ricerca sta lavorando per ridurre i lunghi tempi di elaborazione e la quantità di sostanze chimiche di purificazione necessarie. Il lavoro è stato svolto in collaborazione con Edoardo Apra, scienziato computazionale del PNNL, e il professor Art Ragauskas dell'Università del Tennessee, Knoxville. È stato sostenuto dalla National Science Foundation e dall'Istituto nazionale per l'alimentazione e l'agricoltura del Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti, nonché dal fondo Commercialization Gap della WSU.