Bitki atıklarını ticari kimyasallara dönüştüren yeni katalizör geliştirildi

Tarım ve ormancılık faaliyetlerinin ardından geriye kalan bitkisel atıklar, plastik ve yakıt üretiminde kullanılabilecek yeni bir endüstriyel hammaddeye dönüşüyor. Biyokütlenin yüzde 35’ine kadarını oluşturan ve doğadaki en büyük yenilenebilir aromatik kimyasal kaynaklarından biri olan lignin, karmaşık ve güçlü bağyapısı nedeniyle bugüne kadar sanayide verimli biçimde işlenemiyordu. Kimya Mühendisliği Bölümü’nden Dr. Christopher Parlett, Xinyue Zhou ve Yutao Jiang’ın da aralarında bulunduğu uluslararası araştırma ekibi, bu üretim sorununu aşmaya yönelik yeni bir katalizör geliştirdi. ACS Catalysis dergisinde yayımlanan çalışmada, dirençli lignin yapısını parçalayarak endüstriyel ürünlere dönüştüren tek atomlu katalizör teknolojisi tanıtıldı.

TEK ATOMLU KATALİZÖR MİMARİSİ

Yeni sistemin merkezinde, aktif metalin büyük parçacıklar yerine tek tek atomlar halinde dağıtıldığı tek atomlu katalizör mimarisi bulunuyor. Sistemde rutenyum atomları, ilave azot atomları içeren bir karbon yapısı içine Ru–N₄ biçiminde sabitleniyor. Rutenyumun bu şekilde izole edilmesi, kullanılan pahalı metal miktarını azaltırken mevcut metal atomlarının tamamının kimyasal reaksiyona katılmasını sağlıyor. Araştırmacılar, laboratuvar ölçümleri ile hesaplamalı modellemeyi bir araya getirerek bu yapının normalde yeterince reaktif olmayan oksijeni nasıl etkinleştirdiğini ve ligninin moleküler ağını nasıl parçaladığını adım adım ortaya koydu.

HAFİF KOŞULLARDA FENOL ÜRETİLDİ

Yeni teknolojinin öne çıkan yönlerinden biri, enerji tüketimi ile atık miktarını azaltması oldu. Reaksiyon, mevcut endüstriyel yöntemlerin aksine sert kimyasal işlemlere ihtiyaç duyulmadan daha hafif koşullar altında gerçekleştirildi. Optimizasyon testlerinde katalizör, model lignin bileşiklerinin neredeyse tamamını dönüştürdü. Süreç sonunda, çok sayıda endüstriyel malzemenin üretiminde kullanılan ve ticari değeri yüksek bir aromatik kimyasal olan fenol yüksek verimle elde edildi. Sistem yalnızca kontrollü laboratuvar bileşiklerinde değil, farklı gerçek biyokütle kaynaklarından alınan lignin örneklerinde de benzer sonuçlar verdi.

PETROL TÜREVLERİNE ALTERNATİF HAMMADDE

Elde edilen aromatik moleküller, bugün büyük ölçüde petrol türevlerinden üretilen yakıtlar, plastikler ve çeşitli endüstriyel ürünler için başlangıç hammaddesi olarak kullanılabilecek. Dr. Christopher Parlett, “Bu katalizörlerin atomik düzeyde tam olarak nasıl çalıştığını anlamak, yenilenebilir kaynakları değerli kimyasallara dönüştürmek için çok daha iyi ve verimli üretim sistemleri tasarlamamıza olanak tanıyor” dedi. Geliştirilen teknoloji, tarım ve ormancılık atıklarının ticari kimyasallara dönüştürülmesini sağlayarak biyokütlenin geri kazanımına dayalı döngüsel üretim modellerine geçişi desteklemeyi amaçlıyor.