Delignificarea este îndepărtarea ligninei polimerului structural din țesutul vegetal, astfel încât să poată fi utilizat pentru aplicații precum fabricarea hârtiei. Procesul se referă în primul rând la procesul chimic de îndepărtare a pulpei din lemn. Se poate face si mecanic.
Lignina este un amestec de compuși fenolici care se împletește în pereții secundari ai plantei, reticulant carbohidrații de celuloză care pot fi utilizați pentru a forma fibre de hârtie. Acest complex formează o matrice hidrofobă, ceea ce înseamnă că respinge apa, permițând plantei să transporte apa prin sistemul său. Lignina adaugă multă rezistență mecanică pereților celulari și reduce digestibilitatea acestora, atât de către animale, cât și prin procesul chimic de delignificare. Acest polimer reduce, de asemenea, susceptibilitatea plantelor de a ataca insectele și agenții patogeni ai plantelor. Este unul dintre ultimii compuși care rămân pe măsură ce plantele se descompun și se acumulează în sol sub formă de humus.
Îndepărtarea ligninei din lemn a avut loc în mod tradițional printr-o metodă numită procesul Kraft. Acest nume este derivat din cuvântul german pentru puternic. Masa de fibre rămase după îndepărtarea ligninei este cunoscută sub numele de pulpă. Procesul Kraft produce pulpă mai puternică decât metodele utilizate anterior și elimină 95% din lignina din lemn.
Acest proces implică de obicei digestia așchiilor de lemn la temperatură și presiune ridicată și într-o soluție de hidroxid de sodiu și sulfură de sodiu în apă, care este o combinație cunoscută sub numele de lichior alb. Dizolvă chimic legăturile care interconectează fibrele celulozice. Delignificarea lemnului are loc într-un vas numit digestor, care poate rezista la presiune mare. Există două tipuri de digestoare – discontinue și continue – cele mai recent dezvoltate fiind continue.
În această etapă, pulpa solidă este maro și se numește stoc maro. Lichidele combinate sunt cunoscute sub numele de lichior negru și conțin fragmente de lignină împreună cu substanțe chimice și produse secundare. Pulpa este separată de lichidele de gătit uzate printr-o serie de spălări. Fragmentele sunt colectate și arse pentru a ajuta la alimentarea fabricii. Restul procesului este conceput pentru a recicla căldura și substanțele chimice de gătit.
Unele produse secundare ale procesului Kraft sunt terebentina și uleiul de tall, care este o rășină cu o varietate de utilizări industriale. Actualele fabrici Kraft sunt autonome și își recuperează majoritatea substanțelor chimice, producând foarte puțină poluare a apei. Ele pot, totuși, să producă poluare a aerului.
Stocul maro produs prin procesul Kraft conține aproximativ 5% lignină reziduală și este în continuare delignificat printr-o serie de etape de albire. Albirea elimină lignina suplimentară, făcând hârtia mai strălucitoare. Uneori, nevoile de albire sunt minime. De exemplu, dacă hârtia este destinată să fie o pungă de hârtie maro, nu trebuie să fie alb strălucitor. Există un stimulent pentru a evita albirea, deoarece scade masa de pulpă produsă, adaugă la costuri și scade rezistența fibrelor.
Delignificarea cu oxigen este un proces mai nou care elimină mai multă lignină și utilizează mai puține substanțe chimice. Constă în tratarea pulpei cu oxigen într-un vas sub presiune la temperatură ridicată în soluție alcalină. Acest proces este urmat de o etapă de spălare. Cantitatea de lignină reziduală poate fi scăzută la aproximativ 1.5% cu această metodă, limitând gradul de albire necesar pentru a face hârtie din pastă.
În timp ce acest tip de inginerie s-a concentrat în mod tradițional pe celuloza de lemn pentru hârtie și carton, eforturile mai recente au implicat utilizarea biomasei, cantități mari de material vegetal, ca sursă de etanol și alternativă la combustibilii fosili. Acest material vegetal trebuie să sufere o delignificare înainte de a putea fi folosit în acest scop. Sunt în curs de proiectare sisteme microbiene care combină eliminarea ligninei cu conversia celulozei în etanol. Cercetarea în producția de biocombustibili este un domeniu foarte activ.
Se desfășoară destul de multă cercetare biotehnologică atât pe sinteza ligninei în plante, cât și pe degradarea acesteia de către microorganisme. Oamenii de știință încearcă să modifice structura și conținutul ligninei în speranța de a îmbunătăți digestibilitatea acesteia pentru animale și de a crește utilitatea pereților celulari pentru producția de hârtie și biocombustibil.
Există, de asemenea, un mare interes în dezvoltarea aplicațiilor industriale pentru enzimele microorganismelor pentru a degrada lignina. Unele ciuperci sunt destul de adepți să trăiască pe lemn, deoarece produc enzime – cum ar fi peroxidazele – care catalizează descompunerea ligninei în prezența oxigenului. Alte enzime microbiene studiate pentru producerea de biocombustibili acționează în absența oxigenului. Există experimente de inginerie genetică în desfășurare pentru a îmbunătăți proprietățile acestor enzime pentru utilizarea industrială a degradării ligninei.