Lignine aus Zuckerrohr für Thermoplaste

Ligninhaltige Nebenprodukte aus der Industrie

Lignin ist ein komplexes dreidimensionales Biopolymer, das in der Natur nach der Zellulose am zweithäufigsten vorkommt. In höheren Pflanzen macht es einen großen Teil der Zellwand aus und sorgt für strukturelle Integrität und Hydrophobie. In der Regel ist Lignin ein unerwünschtes Nebenprodukt der Zellstoff- und Papierindustrie, da es die Qualität und Reinheit der für die Herstellung von Papier und Pappe benötigten Zellulosefasern beeinträchtigt. Trotz seiner großen Verfügbarkeit und seines niedrigen Preises wird Lignin meist verbrannt. Hochwertige hochskalierte Anwendungen von Lignin sind bisher noch nicht bekannt.

Neben der Zellstoff- und Papierindustrie ist Lignin das größte Nebenprodukt von Ethanol-Bioraffinerien der zweiten Generation, die Bioethanol aus landwirtschaftlichen Reststoffen wie Zuckerrohrbagasse und -stroh herstellen, die nicht in Konkurrenz zu Nahrungsmitteln stehen. Die strukturellen Kohlenhydrate solcher Pflanzen werden hydrolysiert und zu Ethanol fermentiert, während das Lignin als Nebenprodukt zurückbleibt. 

Steigender Bedarf an biobasierten Thermoplasten

Der überwiegende Anteil der weltweit genutzten thermoplastischen Kunststoffe ist erdölbasiert. Diese haben aber im Vergleich zu biobasierten Kunststoffen wesentliche Nachteile. Tatsächlich bereiten vor allem die Entsorgung und die damit verbundene Umweltverschmutzung große Probleme beim Einsatz nicht-erneuerbarer, fossiler Ressourcen. Die Verwendung von Biokunststoffen ist ein vielversprechender Ansatz. Jedoch sollten die eingesetzten Rohstoffe nicht in Konkurrenz zu Nahrungs- und Futtermittel stehen.

Die Nachfrage von biobasierten Thermoplasten wächst, angetrieben durch zunehmend umweltbewusste Verbraucher und die Net Zero-Goals der Regierungen, die von verbraucherorientierten Produktunternehmen Nachhaltigkeit verlangen. Gleichzeitig veranlasst die zunehmende Volatilität im Öl- und Gassektor die traditionellen Akteure der Petrochemie, sich jenseits ihrer auf fossilen Rohstoffen basierenden Produkte nach neuen und widerstandsfähigeren Quellen für zukünftige Einnahmen und Wachstum umzusehen. Nebenerzeugungen wie Lignin aus Ethanol-Bioraffinerien der zweiten Generation sind die vielversprechendsten Ressourcen für einen solchen Wandel im Rahmen der Bioökonomie.

Von ligninhaltigen Zuckerrohrresten zu Biokunststoffen

Das Projekt SugarUP zielt darauf ab, einen höherwertigen Verwendungszweck für Lignin aus Ethanol-Bioraffinerien der zweiten Generation zu finden und gleichzeitig das Problem des Verbrauchs von Kunststoffen auf Erdölbasis anzugehen. Lignin besteht aus sich wiederholenden Phenylpropanoid-Monomeren, die ein komplexes Netz von Polymerketten bilden. Diese Struktur ist sehr steif und widerstandsfähig. Nach einer Aufbereitung des ligninreichen Nebenstromes soll die Beweglichkeit der Polymerketten durch eine geeignete Modifizierung erhöht werden, um eine Verarbeitung zu biobasierten Materialien mit thermoplastischen Eigenschaften zu ermöglichen.

Das Projektkonsortium stellt multidisziplinäre Kompetenzen aus Deutschland und Brasilien zusammen, ohne die ein wichtiger und zielgerichteter Beitrag zum Fortschritt der Bioökonomie nicht möglich wäre.