ALIGN – Biobasierte Aromaten aus LIGNin

Herausforderung

Um die Abhängigkeit von fossilen Ressourcen zu verringern und den CO₂-Fußabdruck von Produktionsprozessen zu reduzieren, werden nachwachsende Rohstoffe in Bioraffinieren in Chemikalien umgewandelt. Lignin, das zweithäufigste terrestrische Polymer, stellt die einzige biogene Quelle für biobasierte Aromaten dar. Bisher wird Lignin allerdings nur in begrenzten Mengen zur Herstellung von Aromaten genutzt, da herkömmliche Ligninextraktionsverfahren auf die Fraktionierung und Reinigung von Cellulose für die Zellstoffherstellung optimiert sind. Da hierbei Lignin als Nebenprodukt betrachtet wird, ist das in den Zellstofffabriken anfallende Lignin überwiegend mit Sulfat verunreinigt. Es wird in der Regel lediglich energetisch verwertet und verbrannt. Aromaten stellen einen bedeutenden Anteil der heutigen chemischen Bausteine dar, die für eine Vielzahl von Anwendungen im Bereich von Polymeren, Klebstoffen, Beschichtungen, Harzen, Tensiden, Antioxidantien und Kosmetika verwendet werden.

Ziel: Entwicklung von Prozessen zur Herstellung funktionalisierter Bioaromaten aus Lignin

Um Bioraffinerien nachhaltig und wirtschaftlich zu betreiben, ist es unerlässlich, die stoffliche Nutzung mit der Umwandlung von Lignin in hochwertige Produkte zu verbinden. Ziel des Projekts ist daher die Entwicklung von Verfahren zur Nutzung von Aromaten auf Ligninbasis. Durch Ligninextraktionsverfahren, welche die Struktur und Funktionalität von Lignin erhalten, soll in Kombination mit chemischen und biotechnologischen Umwandlungswegen die Herstellung funktionalisierter Bioaromaten ermöglicht werden. Dadurch werden neue, bisher nicht zugängliche Strukturen mit neuen Funktionalitäten und damit einem neuen Leistungsspektrum identifiziert, die in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen eingesetzt werden können. Denkbar sind unter anderem die Nutzung von Phenolharzen für Laminate sowie die Produktion von natürlichem Vanillin für Lebensmittel und Getränke.

Entwicklung von Verfahren und deren Scale-up zur Nutzung von Aromaten aus Lignin

Das Projekt ALIGN konzentriert sich auf die Skalierung von drei Extraktionsverfahren, die sowohl zu einer hochwertigen Ligninfraktion als auch zu einer reinen Cellulose-/Zuckerfraktion führen: das LX-Verfahren (LXP), ein Organosolv-Verfahren kombiniert mit der basenkatalysierter Depolymerisation (BCD) und dem Lignin-First-Verfahren (LFP). Die aus den drei Verfahren gewonnenen Ligninfraktionen unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung hinsichtlich des Depolymerisations- und Funktionalisierungsgrades.

Das Fraunhofer CBP konnte den von der KU Leuven etablierten Lignin-first-Prozess erfolgreich in den Pilotmaßstab skalieren. Hierbei wurden hochwertige Phenole und reine Cellulose/Zucker-Fraktionen aus Buchenholzschnitzeln gewonnen.

Verschiedene Ligninderivate durch maßgeschneiderte Aufreinigungsstrategien

Im Projekt wurden unterschiedliche Ligninderivate in Kombination mit maßgeschneiderten Aufreinigungsstrategien wie Membranfraktionierung hergestellt und sehr erfolgreich in vollständig biobasierten Phenolharzen eingesetzt.

Insbesondere die erarbeiteten Aufreinigungsstrategien werden nun gemeinsam mit den Partnern auf ihre Anwendbarkeit im industriellen Maßstab geprüft.

Anwendungen

Ausgehend von dieser breiten Palette unterschiedlicher Ligninderivate in Kombination mit maßgeschneiderten Downstream Processing (DSP)-Strategien lassen sich verschiedenste Bioaromaten mit einzigartigen Eigenschaften herstellen. Die Bioaromaten lassen sich beispielsweise als Phenolharze bei der Herstellung von Hochdrucklaminaten einsetzen oder als natürliches Vanillin für Lebensmittel und Getränke verwenden.

Zudem können die Extraktionsverfahren in zukünftigen Projekten für eine Vielzahl von Anwendungen für Aromaten – von Fein- bis Basischemikalien – angepasst werden.