Отходы древесины превратили в ванилин и биоразлагаемый пластик

Ученые из Университета Аликанте и Политехнического университета Валенсии представили технологию переработки лигнина — одного из самых распространённых органических соединений на Земле — в ванилин и компоненты для производства биоразлагаемых материалов. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.

Лигнин составляет около трети растительной биомассы и образуется в огромных объёмах как побочный продукт деревообработки, целлюлозно-бумажной промышленности и переработки сельскохозяйственного сырья. Несмотря на доступность этого ресурса, его промышленное использование долгое время оставалось серьёзной технологической задачей из-за сложного химического состава.

Для решения проблемы исследовательская группа разработала фотокаталитическую систему на основе антрахинона. Под воздействием ультрафиолетового света катализатор избирательно разрушает химические связи в структуре лигнина, позволяя получать ценные органические соединения.

По словам руководителя исследования Нестора Гихарро, технология работает при мягких условиях и использует в качестве основного источника энергии свет. Дополнительным преимуществом стала возможность интеграции процесса в проточные реакторы, что открывает перспективы масштабирования технологии для промышленного применения.

Главным продуктом переработки стал ванилин — вещество, отвечающее за характерный аромат ванили и широко используемое в пищевой, косметической и химической промышленности. Учёным удалось достичь выхода ванилина на уровне 7,1% от массы исходного сырья, что соответствует извлечению около 94% доступных ароматических мономеров.

Однако исследователи пошли дальше и постарались использовать оставшиеся после экстракции фракции лигнина. Вместо того чтобы отправлять их в отходы, команда разработала на их основе биоразлагаемые пластификаторы — добавки, улучшающие свойства биопластиков.

Работу по этому направлению выполнили специалисты Политехнического университета Валенсии. Они использовали остаточные продукты переработки лигнина для модификации полимолочной кислоты (PLA) — одного из наиболее распространённых биоразлагаемых полимеров.

Лабораторные испытания показали, что новые пластификаторы повышают гибкость материала, улучшают его механическую прочность и обеспечивают эффект памяти формы. При этом материал сохраняет пригодность для аддитивного производства.

Для демонстрации возможностей технологии исследователи изготовили методом 3D-печати несколько функциональных изделий, включая чехол для мобильного телефона. По данным авторов работы, полученные изделия по эксплуатационным характеристикам сопоставимы с аналогами из традиционных пластиков.

Особый интерес представляет практически безотходный характер технологии. Если традиционные методы переработки биомассы часто приводят к образованию значительных объёмов побочных продуктов, то в данном случае учёным удалось найти применение как основной, так и остаточной части сырья.

По мнению авторов, разработка может стать одним из шагов на пути создания нового поколения биоперерабатывающих производств, способных выпускать востребованные химические продукты и материалы без использования ископаемого сырья. В перспективе подобные технологии могут сыграть важную роль в развитии экономики замкнутого цикла и снижении зависимости химической промышленности от нефти и газа.