Vědci našli cestu k udržitelnému nylonu: Klíčovou složku vyrobí z rostlinného odpadu

Nylon je jedním z nejrozšířenějších syntetických materiálů na světě, jeho výroba však stále silně závisí na fosilních palivech a energeticky náročných průmyslových procesech. Vědci nyní věří, že existuje čistší alternativa.

Nylon je jedním z nejrozšířenějších syntetických materiálů na světě, jeho výroba však stále silně závisí na fosilních palivech a energeticky náročných průmyslových procesech. Vědci nyní věří, že existuje čistší alternativa. V nové studii publikované v časopise Nature popsali techniku, která přeměňuje lignin – tuhou, dřevitou složku rostlin, která je často vyhazována nebo spalována – na kyselinu adipovou, jednu z klíčových chemických stavebních jednotek nylonu.

Tento přístup kombinuje chemické zpracování inspirované rafinériemi se speciálně upravenými mikroby, které provádějí vysoce selektivní reakce. Hybridní systém podle výzkumníků poskytuje výrazně vyšší výtěžek kyseliny adipové než předchozí metody založené na ligninu, což potenciálně otevírá cestu k udržitelnější a nízkouhlíkové výrobě nylonu. Lignin, často považovaný za průmyslový odpad, je přírodní polymer, který dodává rostlinám pevnost a tuhost. Je to jeden z nejhojnějších organických materiálů na planetě a je považován za nejvíce nevyužitou složku biomasy. Každý rok vznikají miliony tun ligninu jako vedlejší produkt papírenského a biopalivového průmyslu, přičemž většina z něj je jednoduše spalována jako nízkoenergetický zdroj.

Lignin však obsahuje bohatství aromatických struktur bohatých na uhlík, které by mohly být přeměněny na cenné průmyslové chemikálie. Výzvou bylo najít účinný a nákladově efektivní způsob, jak jej v komerčním měřítku rozložit na jednoduché sloučeniny s vysokou hodnotou. Vědci se dlouho potýkali s tím, že vedlejší produkty bohaté na lignin jsou obvykle složité, nekonzistentní směsi, které se obtížně zpracovávají a rafinují. Současné techniky konverze ligninu obvykle dosahují výtěžků pouze kolem 20 % pro jakýkoli jednotlivý produkt, což je činí komerčně neatraktivními.

Nový hybridní přístup by mohl pomoci přeměnit nízko hodnotný rostlinný odpad na klíčovou složku pro výrobu nylonu. Proces začíná dřevěnými štěpkami z topolu, z nichž se extrahuje lignin a rozkládá se na olej bohatý na aromatické sloučeniny. Tento olej je poté zpracován v reaktoru, který odstraňuje nežádoucí skupiny obsahující kyslík, následovaný dalším chemickým krokem, který jej přemění na ve vodě rozpustné aromatické kyseliny. Nakonec upravené mikroby, konkrétně bakterie Pseudomonas putida, dokončí proces přeměnou těchto meziproduktů na kyselinu mukonolaktonovou, která se následně chemicky transformuje na kyselinu adipovou.

V experimentech dosáhl proces výtěžku kyseliny adipové přibližně 26 hmotnostních procent (gramů produktu na gram ligninu). Tým však odhaduje, že s další optimalizací by výtěžky mohly potenciálně dosáhnout až 57 hmotnostních procent. Vědci také prokázali, že metoda funguje s různými zdroji dřeva, včetně topolu, borovice a břízy, což naznačuje, že by mohla být široce aplikována na různé typy ligninových surovin. Tento průlom představuje významný krok k omezení odpadu z biomasy a snížení uhlíkové stopy spojené s plasty na bázi ropy.