Freie Ligninradikale als Schlüssel für die Herstellung von Chemikalien auf der Basis von Biomasse

Ziel des Projekts war, neues Wissen über die chemische Reaktionsfähigkeit verschiedener Typen von Lignin zu gewinnen, um eine kontrollierte Depolymerisation zu erreichen, also die Aufspaltung langkettiger Moleküle in kürzere Ketten.

Biomasse hat das Potenzial, in absehbarer Zeit neben Erdöl als alternative Ausgangssubstanz für die Herstellung chemischer Produkte zu dienen. Die Grundbausteine der Biomasse sind organische Kohlenstoffverbindungen. Dazu gehören auch aromatische Kohlenwasserstoffe. Diese sind im Lignin – einem zentralen Holzbestandteil – zu grossen Molekülen vernetzt. Bevor sich diese Stoffe als Chemikalien nutzen lassen, müssen sie allerdings in kleinere Ketten aufgespaltet werden. Um dabei genau die gewünschten Moleküle zu erhalten, ist es wichtig zu wissen, wie Lignin aufgebaut ist und wie es auf die Zugabe von Katalysatoren reagiert.

Lignin ist je nach Holzart unterschiedlich aufgebaut. Die Methode, mit der das Lignin herausgelöst wird, verändert seine Struktur zusätzlich. In diesem Projekt extrahierten die Forschenden das Lignin aus Buchen-, Fichten-, Pappel- und Kiefernholz mit verschiedenen bekannten chemischen Methoden. Anschliessend analysierten sie Zusammensetzung, Struktur und chemische Eigenschaften des gewonnenen Lignins. Neben den Standardanalysen wurde insbesondere die Elektronenspinresonanz-Spektroskopie angewendet, um Art und Konzentration der freien Radikale zu bestimmen. Indem sie das Lösungsmittel, die Temperatur und andere Parameter veränderten, bestimmten die Forschenden, wie sich Art und Konzentration der freien Radikale verändern. Die neuen Erkenntnisse sollen helfen, aus dem Lignin wirtschaftlich verwertbare Phenole herzustellen.

Die Forschungsarbeiten sollen neue, grundlegende Erkenntnisse über die Reaktivität von Lignin bereitstellen. Dadurch könnte es in Zukunft gelingen, Lignin gezielt zu zerlegen und daraus verschiedene Chemikalien wirtschaftlich zu produzieren.

Die Art und Weise, wie Lignin extrahiert wird, hat einen grossen Einfluss auf dessen Struktur und Reaktivität. Im Vergleich dazu ist die botanische Herkunft des Lignins weniger wichtig. Die Herstellung höherwertiger Chemikalien dürften vor allem dann gelingen, wenn das als Ausgangsstoff dienende Lignin schonend, bei tiefen Temperaturen und in wässrigem Umfeld aus dem Holz herausgelöst wurde.

Understanding and manipulating free radicals in lignin for a controlled depolymerisation to chemicals