Ein industrielles Nebenprodukt in biologisch nachhaltige Chemikalien umwandeln
Als eines der am häufigsten vorkommenden und erneuerbaren organischen Polymere auf der Erde kann Lignin in verschiedene umweltfreundliche Produkte mit Mehrwert umgewandelt werden – einschließlich Chemikalien. Es ist ein Nebenprodukt der Papierherstellung und ein leicht verfügbares Polymer, von dem jedes Jahr bis zu 40 Millionen Tonnen anfallen. Leider wird der überwiegende Teil dieses Lignins – bis zu 95 % – nicht als Grundlage für die Herstellung nachhaltiger Chemikalien verwendet, sondern als minderwertiger, umweltschädlicher Brennstoff verbrannt. Das EU-finanzierte Projekt LIBERATE zielt darauf ab, dies zu ändern, indem Lignin von der Verbrennung abgezogen und durch selektive Elektrochemie in Produkte mit hohem Mehrwert umgewandelt wird. „Das Hauptziel des Projekts war der Aufbau einer elektrochemischen Anlage, um die kommerziellen Möglichkeiten der Umwandlung von kostengünstigem Lignin in hochwertige, biologisch nachhaltige Chemikalien zu demonstrieren“, sagt Francisco Julia, Projektleiter am Leitat Technology Centre, dem koordinierenden Partner des Projekts. „Auf diese Weise helfen wir der Energiewirtschaft, die Abhängigkeit von Brennstoffimporten und ihren Umweltfußabdruck zu verkleinern – und fördern gleichzeitig die Kreislaufwirtschaft.“
Von Vanillin zu Chemikalien
Eine der wichtigsten Errungenschaften des Projekts war die Errichtung einer elektrochemischen Pilotanlage, in der Lignin in Vanillin und Phenolmischungen umgewandelt werden konnte. „Vanillin ist die wichtigste chemische Verbindung im Extrakt der Vanilleschote“, erklärt Julia. „Die meisten Menschen kennen es als Aromastoff, aber Vanillin kann auch als Baustein für die Herstellung von Chemikalien dienen.“ Die Forschenden konzentrierten sich auf die Verwendung als Baustein und konnten Vanillin mittels eines elektrochemischen und thermischen Depolymerisationsverfahren gewinnen, bei dem Lignin oxidiert und in kleine Moleküle zerlegt wird. „Mit diesem Verfahren wurde nicht nur eine beeindruckende Ausbeute von 8 % erzielt, sondern auch ein Phenolgemisch produziert, das als Antioxidans und als Phenolersatz in Phenol-Formaldehyd-Harzen dienen kann“, fügt Sonia Matencio Lloberas, leitende Forscherin bei Leitat, hinzu.
Alle Produkte von industriellen Endverbrauchenden validiert
Die Projektforschenden entwickelten außerdem ein Verfahren zur elektrochemischen Umwandlung von biogenen Cyclohexanolen, die aus natürlichen und nachhaltigen Quellen gewonnen werden, in ein Monomer namens 3-Propyladipinsäure. „Durch dieses Monomer sind nachhaltige Vorprodukte für Polyamide und Polyester möglich. Sie sind ein attraktiver Ersatz für petrochemische Monomere“, merkt Matencio Lloberas an. Nicht zuletzt wurde im Rahmen des Projekts ein Verfahren zur elektrochemischen Umwandlung von Organosolv-Lignin in ein Phenolgemisch entworfen. Die Produkte aus allen drei Verfahren wurden von verschiedenen industriellen Endverbrauchenden vollständig validiert.
Auftrag erfüllt, aber weitere ausstehende Arbeit
Das LIBERATE-Projekt hat sein Ziel genau erreicht: Es hat die Möglichkeit aufgezeigt, Lignin in hochwertige, biologisch nachhaltige Chemikalien mit erheblichem kommerziellen Potenzial umzuwandeln. „Unser Erfolg ist das direkte Ergebnis der engen Zusammenarbeit aller Projektpartner, die gemeinsam die wichtigsten technischen Herausforderungen bei der Arbeit mit biobasierten Materialien bewerten und bewältigen konnten“, kommentiert Matencio Lloberas. Obwohl die meisten technischen Ziele des Projekts erreicht wurden, steht laut Matencio Lloberas noch viel Arbeit aus: „Die Verfahren müssen weiter optimiert werden, um ihre technisch-ökonomische Effizienz und ihre Ressourceneffizienz zu verbessern.“
Schlüsselbegriffe
LIBERATE, Lignin, Rohstoff, biologisch nachhaltige Chemikalien, Chemikalien, Polymer, industrielles Nebenprodukt, Energie, Kreislaufwirtschaft
