Lignin ist wohl der am häufigsten vorkommende Bestandteil von Biomasse, von dem die meisten Menschen noch nie gehört haben. Das könnte sich bald ändern.
Viele Menschen kennen seinen biochemischen Cousin Zellulose, ein Nebenprodukt der Papier- und Holzverarbeitung. Aber die gleichen Prozesse produzieren jährlich 50 Millionen Tonnen Lignin, schätzen Branchenexperten. Nach der Destillation werden 98 Prozent der tintenartigen Flüssigkeit verbrannt, um Strom zu erzeugen.
Wissenschaftler haben daran gearbeitet, effizientere und nachhaltigere Ansätze zu finden, um dieses natürlich vorkommende Polymer als saubereren und umweltfreundlicheren Baustein für die Entwicklung von Materialien der nächsten Generation umzuwandeln.
Chemiker des Boston College haben einen Ansatz entwickelt, der Licht nutzt, um Lignin in nachhaltige Kunststoffe umzuwandeln, berichtete das Team kürzlich in der Zeitschrift ACS Central Science.
„Wir haben einen Katalysator entwickelt, der bestimmte chemische Bindungen in Lignin selektiv abbauen kann, wenn es Licht ausgesetzt wird, so dass das Lignin in mittelgroße, lösliche Moleküle, sogenannte Oligomere, umgewandelt wird“, sagte Jia Niu, Assistenzprofessor für Chemie am Boston College Co-Autor der Studie.
Das Team wandelte die Oligomere dann in nachhaltige Kunststoffe um, indem es mit einem molekularen Klebstoff namens Vernetzer reagierte, so der Bericht. Aufgrund der einzigartigen chemischen Strukturen der durch den Katalysator erzeugten Oligomere können die auf diese Weise hergestellten Kunststoffe chemisch wieder in die Oligomere zerlegt und aus den Oligomeren und dem Vernetzer neu gebildet werden.
Die Ergebnisse bringen eine potenzielle Strategie für das abfallfreie System der Polymerherstellung und -wiederverwendung voran, das als zirkuläre Kunststoffwirtschaft bekannt ist, sagte Co-Autor des Berichts, Dunwei Wang, Margaret A. und Thomas A. Vanderslice Chair in Chemistry vom Boston College.
„Der Übergang von Erdöl zu Biomasse als Rohstoff für die Energie- und Materialproduktion kann dazu beitragen, einige der wichtigsten Herausforderungen zu bewältigen, denen unsere Gesellschaft gegenübersteht, wie Klimawandel und Plastikverschmutzung“, sagte Wang. „Neue Methoden, mit denen fortschrittliche Materialien aus Lignin hergestellt werden können, werden die Effizienz der Biomassenutzung erheblich verbessern.“
Wang und Niu, die ein gemeinsames Interesse an der Herstellung nachhaltiger Materialien haben, kamen zu dem Projekt auf der Grundlage von Wangs Expertise bei der Verwendung von Photokatalyse, um chemische Umwandlungen voranzutreiben, und Nius Arbeit bei der Herstellung von recycelbaren Polymeren.
„Die angenehme Überraschung war das Maß an Kontrolle, das wir beim Abbau von Lignin ausüben konnten, einem Biopolymer, das für seine Schwergängigkeit berüchtigt ist“, sagte Wang. „Ein solches Maß an Kontrolle ebnet den Weg für nachgelagerte Anwendungen.“
Ziel des Forschungsteams ist es, das neuartige Verfahren weiterzuentwickeln, das Lignin in nachhaltige Kunststoffe umwandelt, die auf chemischem Wege leicht recycelt werden können.
Mehr Informationen:
Hongyan Wang et al., Photokatalytische Depolymerisation von nativem Lignin zu chemisch wiederverwertbaren Polymernetzwerken, ACS Central Science (2022). DOI: 10.1021/acscentsci.2c01257