تبدیل لیگنوسلولز به ترکیبات با ارزش توسط پالایش زیستی کاتالیستی

مواد لیگنوسلولزی جزو منابع تجدیدپذیر، پاک و پایدار برای تولید سوخت و انواع مواد شیمیایی زیستمحیطی با ارزش افزوده بالا، محسوب میشوند. گروهی از محققین بلژیکی موفق شدند طی فرایندی در مفهوم پالایشزیستی شیمیایی-کاتالیزوری (chemocatalytic biorefinery)، اجزای زیستتوده لیگنوسلولزی را به ترکیب فنولی، پلیول و سلولز تبدیل کنند.
استفاده از مواد لیگنوسلولوزی به عنوان یک ماده تجدیدپذیر برای تولید مواد شیمیایی، فرصت مهمی محسوب میشود. زنجیره ارزشگذاری تبدیل لیگنوسلولز به مواد شیمیایی، اغلب با خرد شدن و تقسیمبندی زیستتودهها آغاز می شود. طیف گستردهای از فرآیندهای تجزیه لیگنوسلولز در سالهای گذشته شناخته شده است که بسیاری از آنها برای به دست آوردن درآمد حداکثری از بخش کربوهیدراتها استفاده میشود. همچنین مطالعات فراوانی برای ایجاد ارزش افزوده از سایر بخشها مانند لیگنین نیز صورت گرفته است.
یکی از استراتژیهای موجود برای استفاده از بخش لیگنین، فرایند تقسیمبندی کاتالیزوری کاهشی (RCF) نامیده میشود. در طول فرایند RCF، لیگنین از زیستتوده استخراج میشود و پس از آن، دیپلیمریزاسیون و تثبیت کاهشی رخ میدهد که اغلب، واکنش کاهش در حضور کاتالیزور رخ میدهد. بخش همیسلولز نیز میتواند همراه لیگنین توسط یک محلول اسیدی ملایم استخراج شود و باقیمانده لیگنوسلولز یعنی بخش سلولزی نیز به صورت جامد جدا شود. پس از استخراج هر کدام از قسمتهای لیگنوسلولز، با انجام واکنشهای مختلف مانند تخریب ساختار پلیمری آنها، واکنش احیاء و یا سایر واکنشهای کاتالیستی، میتوان محصولات با ارزش و پایدار تولید نمود.
آقای T. Renders و همکارانش در این پژوهش که نتایج آن در قالب یک مقاله علمی بینالمللی منتشر شده است، طی فرایندی در مفهوم پالایشزیستی شیمیایی-کاتالیزوری، اجزای لیگنوسلولزی گیاه اکالیپتوس را به سه نوع ترکیب شیمیایی تبدیل نمودند. اجزای پودر شده اکالیپتوس در یک محلول دوتایی آب و بوتانول نرمال در دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد، هیدروژن تحت فشار ۳۰ بار و همچنین درحضور کاتالیست روتنیم بر پایه کربن (Ru/C) قرار گرفت. طی این فرایند، اجزای لیگنوسلولزی این زیستتوده یعنی لیگنین، همیسلولز و سلولز به ترتیب به مونوفنول، پلیول و خمیر سلولزی تبدیل شدند.
در واقع در این فرایند کاتالیزوری کاهشی، محلول آب و بوتانول نرمال قادر به استخراج و تخریب لیگنین و همیسلولز میباشد و با فراهم شدن محیط واکنش احیا، مواد واسطه تشکیل شده هیدروژندار شده و در نهایت به محصولات ذکر شده تبدیل میشوند. جامد خمیری باقیمانده به عنوان پالپ سلولزی شناخته میشود. در نهایت با سردسازی محلول موجود، فاز آب و الکل (ترکیب فنولی تشکیل شده در فاز الکل قرار میگیرد) از یکدیگر جدا میشوند.
با انجام بررسیهای بیشتر و برطرف نمودن چالشهای عملیاتی و اقتصادی پیشرو، میتوان از پتانسیل عظیم مواد لیگنوسلولزی در تولید مواد شیمیایی پایدار و زیستمحیطی استفاده نمود.