Kada se drvo, slama ili drugi biljni materijal obrađuje u industriji, veliki deo korisnih šećera može relativno lako da se izdvoji iz celuloze, ali lignin ostaje mnogo tvrdoglaviji problem. Ova složena prirodna supstanca ponaša se kao svojevrsni lepak i armatura biljke: daje stablu čvrstinu i omogućava mu da stoji uspravno, ali upravo zbog snažnih hemijskih veza lignin se teško pretvara u precizno definisane korisne proizvode. U mnogim procesima zato završava kao niskovredno gorivo koje se jednostavno spaljuje radi toplote. ScienceDaily je 25. avgusta predstavio istraživanje Univerziteta u Mančesteru u kojem je razvijen katalizator sa pojedinačnim atomima rutenijuma ugrađenim u azotom obogaćenu ugljeničnu strukturu. Sistem može pod relativno blagim uslovima da prekida ključne veze u ligninu i pretvara biljni otpad u hemikalije koje se danas uglavnom dobijaju iz nafte.
Lignin je posebno zanimljiv zato što predstavlja najveći obnovljivi prirodni izvor aromatičnih hemijskih struktura. Aromatični molekuli ne znače da prijatno mirišu, već da sadrže karakteristične prstenaste strukture ugljenikovih atoma koje su izuzetno važne u proizvodnji plastike, rastvarača, goriva, lekova i brojnih drugih proizvoda. Danas se ogroman deo takvih hemijskih „gradivnih blokova“ proizvodi iz fosilnih sirovina. Poljoprivreda i šumarstvo istovremeno stvaraju ogromnu količinu biomase bogate ligninom, koji može činiti i do približno 35 odsto pojedinih vrsta otpadnog biljnog materijala. Problem je pronaći način da se složena mreža veza razbije kontrolisano. Ako se proces vodi suviše agresivno, dobija se neuredna smeša stotina proizvoda koju je skupo razdvajati.
Novi katalizator koristi izuzetno malu količinu metala jer rutenijum nije grupisan u veće čestice, već su pojedinačni atomi raspoređeni po nosaču i svaki predstavlja aktivno mesto za reakciju. Istraživači su detaljno pratili način na koji struktura Ru–N4 utiče na prekid C–O i C–C veza u ligninu. Upravo to razumevanje je važno: nije dovoljno slučajno pronaći katalizator koji „nekako radi“, već treba znati koji atomski deo obavlja konkretan korak kako bi se kasnije sistem mogao optimizovati ili napraviti sa jeftinijim materijalima. Ako se sličan proces uspešno uveća, fabrika celuloze ili prerade poljoprivrednog otpada mogla bi iz iste sirovine da dobije mnogo više vrednih proizvoda umesto da lignin tretira kao nusproizvod.
Ovo ne znači da će nafta preko noći nestati iz hemijske industrije. Rutenijum je skup metal, katalizator mora dugo da ostane stabilan, a stvarni industrijski lignin znatno je neuredniji od pažljivo pripremljenih laboratorijskih uzoraka. Ipak, istraživanje pokazuje veoma važan princip cirkularne ekonomije: otpad često nije hemijski bezvredan, već je samo previše komplikovan za tehnologiju koju trenutno koristimo. Drvo je tokom rasta već uz pomoć Sunčeve energije izgradilo ogromnu količinu složenih ugljeničnih molekula. Ako naučimo da ih pažljivo rastavimo, ne moramo svaki put počinjati od fosilnog ugljenika iz dubine zemlje. Ono što danas gori kao jeftin ostatak jednog dana bi moglo da postane sirovina za gorivo, plastiku ili čitavu novu generaciju obnovljive hemije.
S.B.
