Lignin

Lignin ✓
Primjer moguće strukture lignina.
IUPAC nomenklatura	Lignin
Ostala imena
Identifikacijski brojevi
CAS broj	9005-53-2 ✓
EC broj	232-682-2 ✓
Osnovna svojstva
Molarna masa
Izgled
Topljivost u vodi	ne topi se u vodi
Struktura
Oblik molekule	prirodni polimer
Sigurnosne upute
Znakovi opasnosti nepoznat znak opasnosti NFPA 704
Međunarodni sustav mjernih jedinica primijenjen je gdje god je to bilo moguće. Ako nije drugačije naznačeno, upisane vrijednosti izmjerene su pri standardnim uvjetima.
Portal:Kemija

Lignin (od lat. lignum: drvo) je neugljikohidratni polifenolni polimer, glavni sastojak drva (od 15 do 35%), koji poput plastike ili cementa povezuje celulozna vlakna u vrlo čvrstu izvanstaničnu strukturu. Biljna stanica sintetizira lignin i pohranjuje ga na unutarnju stranu celulozne stijenke. Taj se proces naziva lignifikacija. Budući da lignin predstavlja nepropusnu zapreku, takve stanice ugibaju i preostaje samo vanjska celulozno-ligninska struktura, koja drvu daje veliku čvrstoću. Lignin je sporedni proizvod u proizvodnji papira, dobiva se odvajanjem (ekstrakcijom) s pomoću vodene pare, kiselina ili organskih otapala. Lignosulfonati se upotrebljavaju u kožarstvu, kao emulgatori u prehrambenoj industriji, te kao sirovina u kemijskoj industriji, na primjer za proizvodnju vanilina (mirisna i aromatična tvar u proizvodnji čokolade, slatkiša, likera i mirisa).

Papir

Podrobniji članak o temi: Papir

Osim celuloze i hemiceluloze, drvna masa sadrži i mnogo lignina. To je visokomolekularni polimer složene građe, kojim su obložena celulozna vlakanca u drvetu. Lignin je sa stanovišta proizvodnje papira nepoželjan pratilac celuloze i nastoji ga se iz nje ukloniti. Lignin daje celulozi odrvenjen karakter i sprečava bubrenje celuloznih vlakana, pa je mljevenje celuloze koja sadrži lignin znatno otežano. S obzirom na udjel lignina razlikuje se tvrda, normalna i mekana celuloza.

Lignocelulozna biomasa

Podrobniji članak o temi: Celulozni etanol

Stabljika kukuruza, u odnosu na klip kukuruza, slamu pšenice i trave, ima najmanji udio lignina u svojem sastavu, što znači da je i najpogodnija sirovina za proizvodnju bioetanola.

Celulozni etanol ili bioetanol iz lignocelulozne biomase spada u drugu generaciju biogoriva. Proizvodnja bioetanola, kao obnovljivog goriva, dosad se uglavnom temeljila na sirovinama na bazi jednostavnih šećera ili škroba. Međutim, jer se te sirovine koriste u ljudskoj prehrani i ishrani životinja, proizvodnja bioetanola iz istih smatra se neekonomičnom. Stoga je cilj buduću proizvodnju bioetanola temeljiti na lignoceluloznoj biomasi, odnosno na sirovinama poput poljoprivrednih i šumskih ostataka. Lignocelulozna biomasa po sastavu se sastoji od lignina, hemiceluloze i celuloze. Upravo složenost strukture lignocelulozne biomase uvjetuje primjenu različitih vrsta predtretmana, koji prethode procesu hidrolize celuloze i hemiceluloze na fermentabilne šećere. Predtretmani mogu biti fizikalni (mehaničko usitnjavanje, piroliza), fizikalno-kemijski (autohidroliza, eksplozija u tekućem amonijaku, eksplozija u ugljikovom dioksidu CO₂), kemijski (ozonoliza, kiselinska hidroliza, alkalna hidroliza, oksidativna delignifikacija) i biološki (pomoću mikroorganizama).

Većina ugljikohidrata može se u procesu hidrolize razgraditi do jednostavnih šećera, te potom, fermentirati u etanol. Međutim, u slučaju kada su u materijalu prisutne celuloza i hemiceluloza, proizvodnja bioetanola razlikuje se od tradicionalne tehnologije „od škroba do etanola“ zbog složenosti kemijske strukture tih komponenti. Lignocelulozna biomasa može se podijeliti u nekoliko skupina i to: poljoprivredni ostaci, šumarski ostaci i kruti gradski otpad. Proizvodnja bioetanola iz tih sirovina nalaže se i kao zanimljivo rješenje za njihovo zbrinjavanje. Činjenica da je velika količina lignoceluloznoga materijala, u stvari, ostatak koji potječe iz poljoprivredne proizvodnje ili industrije, otvara mogućnosti proizvodnje bioetanola u velikim količinama. Suprotno postupku proizvodnje bioetanola iz škrobnih sirovina, razgradnji lignocelulozne biomase do monomera šećera prethode različite vrste predtretmana, koji osiguravaju bolju iskoristivost sirovine i u konačnici veći prinos bioetanola. Cilj primjene predtretmana je promjena lignoceluloznog materijala kako bi se razgradila njegova struktura i poboljšala enzimatska razgradnja. Budući da hemiceluloza u takvoj molekuli tvori vrlo čvrste veze s ligninom i celulozom, mnogi predtretmani imaju za cilj ukloniti upravo hemicelulozu.

Lignoceluloza je jedan od najčešćih biopolimera u prirodi. Za razliku od zrna žitarica, u kojima je škrob najznačajniji ugljikohidrat, lignocelulozna biomasa sastoji se od celuloze (40 - 50%), hemiceluloze (25 - 35%) i lignina (15 - 20%). Udio tih komponenti u biomasi razlikuje se ovisno o sirovini, ali stabljika kukuruza, u odnosu na klip kukuruza, slamu pšenice i trave, ima najmanji udio lignina u svojem sastavu, što znači da je i najpogodnija sirovina za proizvodnju bioetanola.

Celuloza je možda najvažnija komponenta u većini staničnih stijenki biljaka, koja se sastoji od dugačkih lanaca glukoze, kao i škroba, međutim različite strukturalne konfiguracije. Upravo strukturalne karakteristike i obavijenost celuloze i hemiceluloze ligninom, čine lignocelulozni materijal težim za hidrolizu od škrobnih sirovina. Lignin je, pak, visoko razgranata molekula, te čini ključnu komponentu stanične stijenke. Međutim, tijekom procesa konverzije biomase u bioetanol, lignin smanjuje enzimatsku razgradljivost biomase. Postoje značajne prepreke u učinkovitoj proizvodnji bioetanola iz poljoprivrednih ostataka. One se primarno odnose na čvrste fizikalne i kemijske veze između lignina i polisaharida u staničnoj stijenci biljke, te na kristalnu strukturu celuloze. Lignin je komponenta u staničnoj stijenci koja tvori zaštitni sloj oko lanaca celuloze i hemiceluloze, štiteći na taj način te polisaharide od enzimatske razgradnje. Kako bi se biomasa pretvorila u bioetanol, celuloza mora biti u obliku u kojem je dostupna celulolitičkim enzimima.