Нейлон остается одним из самых востребованных синтетических материалов в мировой промышленности, однако его производство по-прежнему базируется на энергоемких процессах и использовании ископаемого топлива.
Международная группа исследователей опубликовала в журнале Nature работу, в которой представила принципиально иной подход к синтезу этого полимера.
Вместо традиционного сырья ученые предложили задействовать растительную биомассу, а именно лигнин, который ранее считался малоценным отходом.
Лигнин: от отходов к ценному ресурсу
Лигнин представляет собой прочный компонент клеточных стенок растений, который придает им жесткость и устойчивость к гниению. В бумажной и биотопливной промышленности ежегодно образуются миллионы тонн этого вещества, однако в большинстве случаев его просто сжигают для получения низкоэффективного топлива.
Ученые подчеркивают, что лигнин является одним из самых распространенных органических полимеров на планете и крупнейшим недоиспользуемым компонентом биомассы.
Главная сложность в переработке лигнина кроется в его чрезвычайно сложной и непостоянной химической структуре. Он состоит из ароматических соединений, богатых углеродом, которые теоретически можно превратить в ценные продукты, но на практике при промышленной обработке лигнин разрушается неравномерно.
В результате образуются трудные для разделения смеси фенольных соединений, а выход целевого продукта при существующих методах редко превышает 20%, что делает их экономически невыгодными.
Химия и биология в одной технологии
Авторы разработки из "Новая наука" предложили комбинированный подход, который объединяет традиционные химические процессы с использованием живых микроорганизмов. Первый этап начинается с древесной щепы тополя, из которой извлекают лигнин и перерабатывают его в масло, обогащенное ароматическими соединениями. Затем это масло подвергают химической обработке для удаления лишних кислородсодержащих групп, превращая его в водорастворимые ароматические кислоты.
На следующей стадии в дело вступают биологические компоненты. Исследователи применили модифицированную бактерию Pseudomonas putida, которая способна преобразовывать большую часть полученных ароматических карбоновых кислот в муконолактон. Этот промежуточный продукт затем проходит дополнительную химическую обработку и превращается в адипиновую кислоту — один из ключевых компонентов для производства нейлона.
Экспериментальные результаты показали, что разработанный метод позволяет достичь выхода адипиновой кислоты около 26% по массе от исходного лигнина.
Исследователи отмечают, что при дальнейшей оптимизации процесса этот показатель потенциально может быть увеличен до 57%. Дополнительно было доказано, что технология эффективно работает не только с тополем, но и с другими видами древесины, включая сосну и берёзу. Это указывает на широкую применимость метода к различным видам лигнинового сырья.
Таким образом, предложенный подход может стать основой для более устойчивого производства нейлона, снижая зависимость от нефти и одновременно повышая ценность растительных отходов, которые сегодня в основном не используются эффективно.
