Technologietransfer

Technologieangebot: Chemierohstoffe aus Holz

Angesichts einer stetig wachsenden Erdbevölkerung und sinkender fossiler Rohstoffreserven ist die Nutzbarmachung nachwachsender Rohstoffe eines der wichtigsten Themen der Zukunft. Nicht nur der Energiebedarf soll langfristig durch die Nutzung alternativer, erneuerbarer und klimafreundlicher Energiequellen gedeckt werden. Sogenannte Aromaten, die bisher aus Erdöl hergestellt werden, werden auch für die Synthese zahlreicher Materialien des täglichen Bedarfs benötigt und sind u.a. in Arzneimitteln, Farbstoffen, Kunststoffen und Epoxidharzen enthalten. Diese wichtigen Synthesebausteine könnten aus Holz gewonnen werden, jedoch ist dessen Umwandlung in aromatische Verbindungen bislang nur unter technisch anspruchsvollen und unwirtschaftlichen Bedingungen möglich. Forscher des Max-Planck-Instituts (MPI) für Kohlenforschung haben nun eine Methode entwickelt, mit deren Hilfe Aromaten aus Holz auf einfache und kostengünstige Weise als Rohstoff nutzbar gemacht werden könnten.

Bild: Laborprozess zur Isolierung von Lignin aus Holz

Ansatzpunkt der Wissenschaftler ist Lignin, ein komplexes Biopolymer, das Bäume und Sträucher in ihre Zellwände einlagern, um die Pflanze standfest zu machen. Bis zu 30% der Masse holziger Pflanzen besteht aus den stark vernetzten Kettenmolekülen, die zur Nutzung gezielt in ihre Bestandteile demontiert werden müssen. Konnten Chemiker mit Hilfe von Säuren und hoher Temperatur diese Polymere bislang zwar in kleinere Einheiten zerlegen, so entstand dabei jedoch ein unbrauchbares Gemisch schwer trennbarer, sauerstoffhaltiger Verbindungen. Durch eine folgende Umsetzung mit Wasserstoff zur Entfernung des Sauerstoffs wurde der Großteil der aromatischen Verbindungen ebenfalls in andere, wasserstoffreichere Produkte umgewandelt. Damit standen diese im Produktgemisch nicht mehr zur weiteren Nutzung zur Verfügung. Aus diesem Grund wird das in technischen Prozessen wie der Papierherstellung in großen Mengen anfallende Lignin bisher meist zur Energiegewinnung verbrannt, anstatt es als Rohstoff für chemische Synthesebausteine zu verwenden.

Die Forscher des MPI haben nun ein Verfahren zur Depolymerisation entwickelt, mit dem das Biopolymer Lignin in aromatische Bausteine zerlegt werden kann. Durch den kombinierten Einsatz von zwei kommerziell verfügbaren Katalysatoren (Raney-Nickel und Zeolith B) werden erstmals mehrere chemische Reaktionen gekoppelt, die die gewünschten aromatischen Verbindungen direkt hervorbringen. So können in einem Schritt wichtige Synthesebausteine wie Benzol, Toluol, Xylol (BTX) und andere verwandte Substanzen gewonnen werden. Laut einer aktuellen Studie von Frost & Sullivan zum Potential von Lignin als Rohstoff liegt der geschätzte jährliche Marktwert für BTX-Aromaten im Jahr 2020 bei rund 122 Milliarden USD. Das neue Verfahren des MPI könnte nun in Zukunft dabei helfen, BTX aus nachwachsenden Quellen kostengünstig und mit einfachen technischen Mitteln herzustellen.

Kontakt
Dr. Lars Cuypers
Chemiker
Tel.: 089 / 29 09 19-21
cuypers@max-planck-innovation.de

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