Industrielle Polymere werden jetzt nachhaltig aus Lignin hergestellt
Bei Lignin handelt es sich um ein natürliches Polymer, das in den meisten Pflanzen vorkommt. Da eine seiner Hauptfunktionen die Versteifung ist, enthalten starre Pflanzen wie Bäume im Allgemeinen große Mengen davon. Allerdings wurde der Wert von Lignin bislang nicht erkannt. Es galt bloß als Nebenprodukt, das bei der Herstellung von hochwertigem Papier anfällt. Bei der Zellstoffherstellung entstehen in Europa jährlich etwa 17 Millionen Tonnen unerwünschtes Lignin. Der größte Teil wird verbrannt, und etwa 2 % werden anderen geringwertigen kommerziellen Zwecken zugeführt. Tatsächlich kann Lignin aber gewinnbringend eingesetzt werden. So lässt es sich etwa als Ausgangsmaterial für bestimmte Polymerprodukte verwenden, die derzeit noch auf Erdölbasis hergestellt werden. Lignin ist zudem in ausreichendem Maße vorhanden, um diese Quelle zu ersetzen. Es birgt somit spannende Möglichkeiten der Nachhaltigkeit, die sich an den europäischen Effizienzzielen orientieren.
Vom Lignin zur Kohlenstofffaser
Im EU-finanzierten Projekt EUCALIVA wurden neue Methoden zur Umwandlung von unbearbeitetem Lignin in die Grundstoffe für andere Produkte entwickelt und präsentiert. Dazu gehören Kohlenstofffasern, elastische Folien, die zu Textilien und intelligenten Stoffen verarbeitet werden sollen, sowie Vliesstoffe und ihre Folgeprodukte. Die Forschenden demonstrierten und validierten eine Produktionsanlage im Pilotmaßstab. EUCALIVA erhielt Finanzmittel vom Gemeinsamen Unternehmen für biobasierte Industriezweige, einer öffentlich-privaten Partnerschaft zwischen der EU und der Industrie. Mit dem EUCALIVA-Verfahren wird Lignin aus Schwarzlauge zurückgewonnen. Es handelt sich um ein Nebenprodukt des chemischen Kraftverfahrens, bei dem Lignin aus dem Zellstoff entfernt wird. „Wir haben uns auf drei grundlegende Aspekte der Ligninaufbereitung konzentriert“, erklärt Nuria Valdés Mediavilla, die Projektleiterin. „Wir haben die Abtrennung und Aufbereitung von Lignin sowie die Herstellung von Fasern auf Ligninbasis optimiert, effiziente und schnellere Thermostabilisierungsverfahren ausgearbeitet und schließlich Kohlenstofffasern und andere kohlenstoffbasierte Materialien mit verbesserten Eigenschaften konzipiert.“ Die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Kohlenstofffasern bedeutet, dass sie Glas in strukturellen Anwendungen, wie z. B. faserverstärkten Verbundwerkstoffen, ersetzen und für andere funktionelle Anwendungen eingesetzt werden können. EUCALIVA verwendet Zellstoff, der aus Eucalyptus globulus gewonnen wird. Das ist die ideale Plantagenbaumart – sie wächst hoch und gerade und so schnell, dass ihr Erntezyklus 9-14 Jahre beträgt. Die Technik der Ligninextraktion dürfte jedoch auch auf andere Arten übertragbar sein. Das Projekt begann auf Technologie-Reifegrad (TRL) 4-5, was bedeutet, dass die Technologie validiert wurde. Die Forschenden brachten das Projekt auf TRL 7 und demonstrierten den Systemprototyp in einer betrieblichen Umgebung. Die Pilotanlage erstellte Materialien, die in der industriellen Anwendung getestet werden sollten.
Tragbare und auf Kleidung platzierte Elektroden
Getestet wurde ein dehnbares Material, auf das ein miniaturisierter Schaltkreis gedruckt wurde. Die Elektroden konnten bequem mit der menschlichen Haut in Berührung kommen und dabei wichtige Biomarker der menschlichen Transpiration überwachen und messen. Das Team demonstrierte zudem die Integration der dehnbaren Elektroden in Arbeitsschutzkleidung und Handschuhe. Die Elektroden funktionierten bei wiederholten Dehnungszyklen sehr gut. Damit wurde das Potenzial von in Kleidungsstücke integrierten Elektroden zur Überwachung der Gesundheit der sie tragenden Person aufgezeigt. Zahlreiche weitere Anwendungen sollten ebenfalls möglich sein. So arbeitet das Team beispielsweise an einer porösen Kohlefasermatte auf Ligninbasis, dem sogenannten Aktivkohletuch. Valdés Mediavilla fügt hinzu: „Zunächst einmal wird jedes unserer Partnerunternehmen die Ligninumwandlungstechnologie in unterschiedliche Richtungen führen. Einige werden sich mit der Entwicklung von Biosensoranwendungen befassen, andere mit der Herstellung neuer Materialien. Noch ist keine davon marktreif.“ Doch schon bald wird Lignin bei vielen polymerbasierten Materialien fossile Quellen ersetzen.
Schlüsselbegriffe
EUCALIVA, Lignin, Polymer, Kohlenstofffaser, Eukalyptus, Holz, dehnbare Elektroden, Biosensor, Gesundheitsüberwachung, Aktivkohletuch
