Het moet mogelijk zijn om ligninemoleculen uit biomassa selectief op te knippen met een homogene nikkelkatalysator, teneinde de stukjes te gebruiken als chemische bouwsteen of als vloeibare brandstof. Dat suggereert onderzoek van Alexey Sergeev en John Hartwig (University of Illinois).

Dat lignine is een van de belangrijkste componenten van ‘houtige’ tweede-generatiebiomassa (trouwens ook van bruinkool), en tevens de component die verreweg het lastigste is te kraken. Het is een sterk vertakt en vernet biopolymeer, dat in essentie bestaat uit aromaatringen die via etherbindingen (dus C-O-C) aan elkaar zitten gekoppeld.

Economisch gezien heb je er het meeste aan wanneer je die C-O bindingen kunt doorknippen terwijl je de aromaatringen heel laat. Dat laatste lukt niet wanneer je de afbraak aanpakt met grof chemisch geweld, bij hoge temperatuur en druk op een heterogene katalysator. Enzymen gaan wat subtieler te werk, maar zijn voorlopig verre van efficiënt.

Sergeev en Hartwig zijn nu op het idee gekomen om de afbraak in twee stappen te doen. Eerst zet je een overgangsmetaalcomplex tussen de C en de O. Vervolgens breek je het resultaat op met behulp van waterstof: het metaalcomplex komt weer vrij en je oorspronkelijke molecuul ligt in tweeën.

Dát ze op dit idee kwamen, had te maken met het feit dat er uit de literatuur al nikkelcomplexen bekend waren die in staat zijn om een C-O binding te klieven. Als liganden werden toen N-heterocyclische carbenen gebruikt.

Voorzichtige proefjes met ‘modelstoffen’, bestaande uit niet veel meer dan twee aromaatringen met één etherbinding er tussen, hebben laten zien dat het in principe inderdaad werkt. Zo’n beetje alle varianten op de etherbinding, die je in natuurlijk lignine tegenkomt, lijken te kunnen worden doorgeknipt onder tamelijk milde omstandigheden, zo valt deze week te lezen in Science.

Het slechte nieuws is dat je voorlopig veel meer katalysator nodig hebt dan die lignine waard is, en dat je dan nog steeds tientallen uren moet wachten op een acceptabele conversie. Eer het zin heeft om het überhaupt met echte lignine te proberen, zal de efficiency van die katalysator nog behoorlijk ver omhoog moeten. Wordt vervolgd.

bron: C&EN, Science

Onderwerpen