KoBaOx – Kombination der basenkatalysierten und oxidativen Depolymerisation von Lignin

Lignin ist die einzige nachwachsende Rohstoffquelle, aus welcher große Mengen an aromatischen Molekülen gewonnen werden könnten, die beispielsweise für die Herstellung vieler Plattformchemikalien und Werkstoffe essenziell sind. Grundsätzlich gelten die Heterogenität, die hohe Molmasse und die geringe Funktionalität des Lignins aus dem Kraft-Prozess, welcher zur Herstellung von Papierzellstoff genutzt wird, als wesentliches Hindernis für viele Anwendungen. Die Spaltung des Ligninmoleküls mittels basenkatalytischer (BCD) oder oxidativer Depolymerisation stellt eine Möglichkeit dar, diese Einschränkungen zu überwinden: Je nach Prozessführung können dadurch die Molmasse und Heterogenität reduziert sowie neue Funktionalitäten generiert werden.

BCD senkt Heterogenität, Oxidation erhöht Funktionalität

Bei der BCD wird das Lignin zu phenolischen Monomeren, Oligomeren und Nebenprodukten depolymerisiert. Mit einer kontinuierlichen BCD, wie sie am Fraunhofer CBP verfügbar ist, lassen sich beispielsweise Gewichts- und Zahlenmittel von kommerziellem Kraftlignin um ca. 70 Prozent bzw. 50 Prozent reduzieren. Im Gegensatz dazu lassen sich Gewichts- und Zahlenmittel von Kraftlignin mit einer Oxidation nur geringfügig herabsenken, da hier oftmals nur die Seitenketten des Lignins oxidiert werden. Dafür ermöglicht die Oxidation jedoch die Einführung hochreaktiver Carboxylgruppen.

Vorteile beider Verfahren vereinen

Das Ziel von KoBaOx ist daher, die basenkatalytische Lignindepolymerisation (BCD) sequenziell mit der alkalischen Oxidation mit Wasserstoffperoxid zu kombinieren. So lassen sich neuartige carboxylierte Ligninderivate herstellen, die in verschiedenen Applikationen − wie beispielsweise in thermoplastischen Kunststoffen − Anwendung finden können. Dabei werden zwei Syntheserouten verfolgt: i) Oxidation des Lignins und anschließende basenkatalysierte Depolymerisation. ii) Als Alternative erfolgt die Umsetzung vice versa. Beide Möglichkeiten bringen prozesstechnische Vor- und Nachteile mit sich, die in der Studie miteinander verglichen werden sollen.

Die Kopplung beider Prozesse (oxidative sowie basenkatalysierte Depolymerisation von Lignin) führt beispielsweise zur Einsparung sonst notwendiger Aufarbeitungsschritte der erhaltenen Spaltlösungen. Weiterhin sollen mittels Membrantechnik ebenfalls Aufarbeitungsschritte sowie Chemikalien eingespart werden. Die neuartigen carboxylierten Ligninderivate mit geringer Molmasse könnten eine Verbesserung der Wasserlöslichkeit aufweisen, wodurch die Applikation in Filmen begünstigt werden kann. Werden diese Ziele erreicht, steht der Bioökonomie ein neuer Weg für hochwertige Produkte offen.