Publicado na revista Nature, o estudo “Lignin to adipic acid in a high-yield chemical and biological redox process” utilizou uma abordagem que combina processos inspirados na refinação de petróleo com conversão biológica através de uma estirpe geneticamente modificada da bactéria Pseudomonas putida, descreve o portal de notícias Phys.org.
O processo começa com uma técnica química, designada fracionação catalítica redutiva, que extrai e fragmenta parcialmente a lignina da madeira. O óleo obtido é depois tratado num reator contínuo de hidrodesoxigenação, destinado a remover oxigénio e grupos fenólicos. Segue-se uma etapa de oxidação, na qual são quebradas ligações carbono-carbono, originando uma mistura de ácidos carboxílicos aromáticos solúveis em água. Estes compostos são posteriormente convertidos pela bactéria geneticamente modificada em muconolactona, que é depois transformada quimicamente em ácido adípico.
Os autores do estudo, do National Renewable Energy Laboratory (NREL) dos EUA e do Massachusetts Institute of Technology (MIT), afirmam que «a lignina tem sido, há muito tempo, considerada uma fonte de compostos aromáticos, mas a sua composição heterogénea e a sua reatividade química limitam a sua utilidade como matéria-prima química. A lignina degrada-se frequentemente durante a extração da biomassa e a maioria dos métodos de despolimerização da lignina quebra apenas ligações carbono-oxigénio, resultando na formação de misturas complexas de fenóis monoméricos e oligoméricos».
Gerada em larga escala como subproduto das indústrias de papel e de biocombustíveis, a lignina é maioritariamente queimada como combustível de baixo valor. O ácido adípico, por sua vez, é atualmente produzido a partir de benzeno derivado do petróleo através de processos com elevada pegada de carbono, sendo utilizado na produção de poliamida para aplicações em vestuário, componentes automóveis, isolamento elétrico e material médico.
Rendimento superior
Os testes realizados com aparas de madeira de choupo resultaram num rendimento de 26% em massa (gramas de ácido adípico por grama de lignina), acima do limite típico de cerca de 20% em massa dos métodos existentes. A equipa estima que, com otimização, o processo poderá atingir teoricamente 57% em massa. O método foi também validado com outros tipos de madeira, incluindo pinho e bétula, o que os autores descrevem como «flexibilidade alargada de matérias-primas».
Os investigadores identificam, contudo, algumas limitações. A bactéria geneticamente modificada ainda não consegue metabolizar alguns componentes minoritários da mistura obtida na oxidação, o que limita o rendimento global. A fracionação catalítica redutiva é igualmente apontada como uma tecnologia economicamente imatura, que exige solventes relativamente puros e catalisadores à base de metais preciosos.
Ainda assim, os autores consideram que existem perspetivas de evolução da tecnologia. «Processos análogos têm potencial para ser aplicados a substratos de lignina condensada (por exemplo, lignina Kraft), dependendo de desenvolvimentos futuros. Com engenharia metabólica adicional, a atual abordagem de bioconversão pode ser expandida e ajustada para incluir produtos de auto-oxidação progressivamente mais complexos (por exemplo, ácidos benzenotricarboxílicos) e visar praticamente qualquer produto biologicamente acessível», sublinham os autores.
