Lignotselluloosne biomass, nagu rohi, saepuru, vana mööbel ja põllumajandusjäägid, koosnevad peamiselt tselluloosist, hemitselluloosist ja ligniinist. Näiteks puidus moodustab tselluloos ligi poole selle massist, hemitselluloos 20 protsenti ja ligniin 27–30 protsenti, kirjutab Eesti Maaülikooli nooremteadur Sharib Khan.

Minevikus on tselluloosi- ja paberitööstus keskendunud sellest eeskätt tselluloosi eraldamisele, et toota sellest paberit. Hemitselluloos ja ligniin põletatakse aga tihti musta leelisena energia saamiseks. Neist viimast on peetud pikka aega teisejärguliseks kõrvalproduktiks ja sellele on olnud keeruline praktilisi rakendusi.

Mina ja mu kolleegid Eesti Maaülikoolis näeme ligniinis aga võimalikku mängumuutjat. Usume, et see võiks asendada väärtuslikke materjale, mida toodetakse praegu fossiilkütustest, näiteks plaste, kummi ja liime. Koos professor Timo Kikase ja vanemteadur Sabarathinam Shanmugamiga oleme välja töötanud uued rohelised lahustid, täpsemalt ioonvedelid, millega saab ligniini puidujäätmetest tõhusalt eraldada ja ringlusse võtta.

Muu hulgas võimaldavad need muuta ligniini kattematerjalideks, millega asendada pakendites plasti, ja luua ravimitööstusele olulisi platvormkemikaale.

Läbimurde tähtsuse mõistmiseks tasub heita pilk ligniini keerukale olemusele. Tegu on aromaatse polümeeriga, mis moodustab osa taimerakkude seintest, annab sellele struktuurilise terviklikkuse ja kaitseb puitu lagunemise eest. Praegu eraldavad tööstused seda pärast puidust tselluloosi eraldamist ka viisil, mis raskendab selle edasist kasutamist. Seetõttu on oluline ligniin esmalt jätkusuutlikul viisil eraldada, et säilitada selle struktuuri väärtuslike rakenduste jaoks.

Siin astubki lavale meie roheline lahustisüsteem. Töötasime välja meetodi, mis põhineb odavatel protoonsetel ioonvedelikel (PIL), mida tuntakse ka vedelate sooladena. Need taaskasutatavad PIL-id pakuvad ligniini ekstraheerimiseks keskkonnasõbralikumat alternatiivi, kui on seda praegu tselluloosi tootmisel rakendust leidvad kemikaalid.

PIL-ide abil saame eraldada lignotselluloossest biomassist ligniini suuremal hulgal, mis võimaldab meil kasutada seda kõrge väärtusega toodetes, nagu on seda bioplastid ja farmaatsiatooted.

Protoonsed ioonvedelikud ise on võrdlemisi tähelepanuväärsed soolad, mis on toatemperatuuril erinevalt tavalisest lauasoolast vedelal kujul. PIL-id koosnevad prootonidoonorina käituvast Brønsted happest ja prootoniaktseptoriks olevast Brønstedi alusest.

Nende ainulaadsed omadused, nagu võime moodustada vesiniksidemeid, kõrge ioonjuhtivus ja väike lenduvus, muudavad need ligniini lahustamiseks ideaalseks kandidaadiks. Seejuures pole vaja selleks kõrget temperatuuri või rõhku. Lisaks on PIL-id traditsioonilistest lahustitest vähem mürgiseid ning neid saab mitmeid kordi taaskasutada, vähendades sellega ligniini ekstraheerimise protsessi keskkonnamõju.

Praegu uurin, kuidas kasutada PIL-e teistes rohetehnoloogiates, näiteks ligniini ensümaatilises depolümerisatsioonis. Eriliste ensüümidega saame lagundada me ligniini väiksemateks, paremini kasutatavateks koostisosadeks, mis suurendab materjali väärindamise tõhusust ja jätkusuutlikkust veelgi. Lähenemisviisi eesmärk on lühendada töötlemisaega, vähendada energiakulu ning parandada ligniini üldist saagist ja kvaliteeti.

PIL-ide ja ensümaatilise depolümerisatsiooni abil ekstraheeritud ligniini potentsiaalsed rakendused on tohutud. Selle muundamine väärtuslikeks platvormkemikaalideks sillutab teed ravimite väljatöötamiseks ja teiste meditsiinis kasutust leidvate oluliste molekulide tootmiseks. Suures koguses ligniini eraldades saaksime vähendada drastiliselt tekkivate plastijäätmete hulka sõltuvust fossiilkütustest.

Samal ajal võimaldaks lahendus muuta puidujäätmed kõrge väärtusega toodeteks, selle asemel, et neid lihtsalt põletada, millel oleks kaugeleulatuv keskkonnaalane kasu.

Kokkuvõttes, arendades säästvaid meetodeid ligniini ekstraheerimiseks ja kasutamiseks, ei lahenda me mitte ainult keskkonnaprobleeme, vaid avame ka võimaluse keskkonnasõbralike plastide ja elupäästvate ravimite tootmiseks. Need edusammud kujutavad paljutõotavat samm jätkusuutlikuma tuleviku suunas, kus jäätmed muudetakse väärtuslikeks ressurssideks, vähendades meie sõltuvust fossiilkütustest ja minimeerides keskkonnakahju.

Eesti Maaülikooli nooremteadur Sharib Khan astus teaduste akadeemias üles esimesel Eesti ülikoolides õppivatele välisdoktorantidele mõeldud ingliskeelsel konkursil "Teadus 3 minutiga", kus ta valiti viie parema sekka. Tema teadustööd kirjeldav ingliskeelne populaarteaduslik artikkel ilmus portaalis Research in Estonia.