Catalytic depolymerization of scotch pine and lignin in supercritical ethanol

Lignoselülozik biyokütle, geniş bir yelpazede biyoyakıtlara, biyokimyasallara ve biyomateryallere değerlenebilen, doğada bol bulunur, yenilenebilir ve dünya çapında yaygın bir kaynaktır. Lignoselülozik hammadde biyorafinerileri, lignoselülozik biyokütleyi çeşitli dönüşüm teknolojileriyle işleyebilmektedir. Lignoselülozik biyokütle bileşenlerinden selülozun ve hemiselülozun değerlenmesi çok uzun yıllardır bilinmekte ve günümüz biyorafinerilerinde başarı ile uygulanmaktadır. Ancak, lignin selülozun ve hemiselülozun yanında ihmal edilmiştir. Günümüz biyorafinerilerinde veya kağıt endüstrisi gibi çeşitli endüstrilerde selüloz ve hemiselülozdan ayrılarak yan ürün olarak elde edilen lignin yalnızca bir yakıt kaynağı olarak kullanılmıştır. Ancak son yıllarda ligninde saklı potansiyel keşfedilmiş, ligninin de tıpkı lignoselülozik biyokütlenin diğer bileşenleri gibi biyoyakıtlara, biyokimyasallara ve biyomateryallere değerlenebileceği ortaya konmuştur. Günden güne gelişen tekniklerle Lignoselülozik hammadde biyorafinerilerde ligninin karmaşık yapısı parçalanabilmekte ve ligninden pek çok katma değerli ürün üretilebilmektedir. Tek aşamalı katalitik depolimerizasyonla, ligninin ve lignoselülozik biyokütlenin değerlenmesi doğrudan ve etkili bir biçimde gerçekleştirilebilir. Poröz metal oksit katalizörler, hidrojenleme ve hidrojenoliz reaksiyonlarını yürüterek katalitik depolimerizasyonun verimliliğini artırmaktadır. Bakır tabanlı poröz metal oksitler, lignoselülozik biyokütleyi ve lignini süperkritik ortam koşullarında deoksijenize sıvı ürünlere dönüştürmekte etkili katalizörlerdendir. Bu çalışmada, Sarıçam ve Protobind 1000 ligninin CuMgAl karma metal oksit katalizörler üzerinde süperkritik etanolde katalitik depolimerizasyonu çalışılmıştır. Protobind 1000 ligninin süperkritik etanolde katalitik depolimerizasyonu deneylerinde CuMgAl karma metal oksit katalizörlerin katalitik depolimerizasyon üzerinde etkilerinin ortaya konulması amaçlanmıştır. Bu amaçla, iki farkı grup CuMgAl karma metal oksit katalizörler, bunların öncüleri olan Çift Tabakalı Hidroksitlerin kalsinasyonu yoluyla sentezlenmiştir. İlk grupta farklı bakır içeriklerine ve ikinci grupta farklı (Cu+Mg)/Al oranlarına sahip CuMgAl karma metal oksit katalizörler üretilmiştir. Tüm katalitik depolimerizasyon reaksiyonlarına ait ürünler gaz faz, sıvı faz ve katı fazda elde edilmelerine göre farklı analiz yöntemleri ile analiz edilmiştir. Katalitik depolimerizasyon sonucu başlıca alkol, aldehit, alkan, alken, ester, eter ve ketonlar olmak üzere yedi farklı ürün grubunun ortaya çıktığını göstermiştir. Çalışmada, Sarıçamdan elde edilen sıvı faz ürünleri ile selüloz ve glukozdan elde edilen ürünler de karşılaştırılmıştır. Sıvı fazda elde edilen çok sayıda monomer, pek çok biyoyakıtın ve/veya biyokimyasalın öncüsü olarak ya da yakıt katkısı olarak kullanabilecek ürünlerdir. Süperkritik etanolde katalitik depolimerizasyon yöntemi ile lignoselülozik biyokütle ya da sadece lignin kullanılarak kimya endüstrisi için oldukça değerli ürünler elde edilebilmektedir. Bu çalışma; lignoselülozik biyokütle ve ligninden, fosil kökenli yakıt ve kimyasalların biyo-kökenli alternatiflerinin üretilebileceğini ortaya koymaktadır. Böylelikle gelecekte fosil-tabanlı kimya endüstrisinden biyo-tabanlı kimya endüstrisine geçiş hedeflenmektedir.