Красноярские учёные предложили новый метод использования соломы

Ежегодно в мире производится более 500 миллионов тонн пшеничной соломы. Гигантская часть этих объёмов не находит применения в народном хозяйстве, превращается в отходы и в некоторых случаях даже представляет определённую экологическую угрозу. Между тем, в соломе содержится вещество, которое учёные считают наиболее перспективным возобновляемым источником углерода на Земле.

Клей из дерева

Вещество, с которым сейчас работают красноярские учёные, называется лигнином. Это сложное полимерное соединение, которое содержится в растениях и некоторых водорослях. Оно обеспечивает жёсткость стеблей и стволов, герметичность клеточных стенок. По сути, лигнин — “клей”, который держит структуру дерева. Больше всего этого вещества в хвойных породах — до 50 процентов. В лиственных и в соломе его содержание — примерно 20 процентов.

У красноярцев слово лигнин на слуху: в Канске несколько лет то горело, то тлело хранилище опилок, оставшихся от деревопереработки и содержащих большое количество этого легковоспламеняющегося вещества. Таких проблемных хранилищ в мире много, поэтому учёные ищут лигнину промышленное применение, чтобы из отходов производства создавать востребованную продукцию и тем самым не вредить экологии, а заодно увеличивать прибыль деревообрабатывающих предприятий.

Нельзя утверждать, что этот полимер до сих пор совсем не использовался в народном хозяйстве. Так, его научились применять как компонент клея в изготовлении древесно-стружечных плит, картона, фанеры. А ещё его используют в качестве топлива, а также для получения пористого кирпича, удобрений. Кроме того, из лигнина делают активированный уголь, который применяют в медицине.

Уникальная структура

Красноярские учёные утверждают, что уникальная структура делает лигнин из соломы потенциальным источником ценных веществ, таких как ванилин, сиреневый альдегид (используется в фармакологии) и фенол (применяется в производстве нейлона, капрона и даже в косметологии — для глубокой очистки кожи). Правда, нужно ещё найти эффективный способ переработки этого вещества.

Вообще, выделить лигнин — задача непростая, он прочно соединён с общей структурой растительных тканей. Обычно используют высокотоксичные реагенты, при помощи которых промышленность получает технический материал. Наши учёные поставили перед собой задачу снизить токсичность.В Красноярском научном центре Сибирского отделения Российской академии наук (КНЦ СО РАН) считают, что перспективным направлением модификации этого вещества является сульфатирование. Другими словами, это соединение лигнина с реагентами, содержащими серу, в результате чего исходный материал наделяется новыми свойствами. Исследователи уже нашли оптимальные условия для получения безопасных и экологичных сульфатированных лигнинов, используя безвредные реагенты: сульфаминовую кислоту, эфир диоксана и мочевину.

— Включение сульфатной группы в структуру исходного вещества увеличивает растворимость и биоразлагаемость лигнина, — поделился в прошлом году результатами работы Юрий Маляр, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии КНЦ СО РАН. — Кроме того, производные сульфатированного лигнина в перспективе могут проявлять противовирусную и антикоагулянтную активность, что делает их востребованными в фармацевтике и медицине. Однако для этого нужно проводить дополнительные тщательные исследования.

В перспективе — масштабировать

Сейчас учёные пытаются улучшить формулу сульфатированного лигнина. В этом году при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Красноярского краевого фонда науки красноярские исследователи проводили эксперименты вместе с коллегами из Турции, Туниса и Китая.

— Нами был получен сульфатированный лигнин с более высоким, по сравнению с известным, содержанием серы, — рассказал один из авторов исследования, кандидат химических наук старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН, доцент СФУ Александр Казаченко. — Разработанный нами метод позволяет, во-первых, снизить стоимость процесса, во-вторых, в перспективе масштабировать процесс от колб до опытных, в том числе промышленных, установок.

Красноярские исследователи проводят разные эксперименты с лигнином. Так, они уже доказали, что водорастворимый лигнин не оказывал негативного влияния на тромбоциты и эритроциты в крови человека. Это даёт возможность создавать на его основе медицинские биоматериалы, в частности системы доставки лекарственных средств. Кроме того, сульфатированные производные лигнина могут найти применение в фармацевтике как потенциальные антикоагулянты нового класса, например, возможно получение материалов, способствующих остановке кровотечений.

Фото: ФИЦ КНЦ СО РАН