Dalla lignina degli scarti agricoli una plastica 100% green è possibile

La lignina è la sostanza che conferisce alle piante gran parte della loro robustezza strutturale e rappresenta la più grande fonte naturale rinnovabile di composti aromatici, quelli alla base di molte materie plastiche e prodotti chimici oggi derivati dal petrolio. Può arrivare a costituire fino al 35% della biomassa di scarto proveniente da agricoltura e silvicoltura, ma la sua struttura molecolare complessa l'ha resa finora molto difficile da scomporre in modo efficiente, limitandone l'utilizzo nella produzione sostenibile.

Un gruppo di ricerca internazionale, che comprende Christopher Parlett, Xinyue Zhou e Yutao Jiang del dipartimento di ingegneria chimica dell'Università di Manchester, ha sviluppato un catalizzatore altamente efficiente descritto in uno studio pubblicato sulla rivista scientifica ACS Catalysis. I ricercatori hanno anche individuato, a livello molecolare, il meccanismo con cui il catalizzatore riesce a spezzare i legami chimici particolarmente forti che tengono insieme la struttura della lignina.

Poter scomporre la lignina in modo efficiente e con condizioni relativamente miti, senza bisogno di sostanze chimiche aggressive, apre una strada concreta per trasformare gli scarti agricoli e forestali, oggi in gran parte smaltiti o bruciati, in materiali di base per carburanti, plastiche e altri prodotti industriali. Per un settore chimico ancora fortemente dipendente dal petrolio, questo tipo di scoperta rappresenta un passo verso una produzione più circolare, basata su biomassa rinnovabile invece che su risorse fossili.

Il catalizzatore contiene singoli atomi di rutenio, incorporati all'interno di un materiale a base di carbonio drogato con azoto. Mantenendo gli atomi di rutenio isolati tra loro, la struttura riesce a garantire prestazioni catalitiche elevate utilizzando solo quantità molto ridotte di metallo, migliorando l'efficienza rispetto ai sistemi convenzionali. I ricercatori hanno scoperto che una specifica configurazione atomica, chiamata "sito Ru-N4", è particolarmente importante: questi siti attivano le molecole di ossigeno e contribuiscono a rompere sia i legami carbonio-ossigeno sia quelli carbonio-carbonio all'interno della lignina.

Nei test condotti in condizioni ottimizzate, il catalizzatore ha convertito quasi interamente i composti modello della lignina, generando alte rese di prodotti chimici di valore, incluso il fenolo. I ricercatori sono andati oltre i composti modello semplificati, testando il catalizzatore anche su campioni di lignina reale raccolti da diverse fonti di biomassa, convertendoli con successo in composti aromatici utili, potenziali materiali di base per carburanti, plastiche e altri prodotti. "Capire esattamente come funzionano questi catalizzatori a livello atomico ci permette di progettare materiali migliori per convertire le risorse rinnovabili in sostanze chimiche di valore", ha dichiarato Christopher Parlett, docente di ingegneria chimica all'Università di Manchester.