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Lignin ist einer der größten ungenutzten Kohlenstoffströme der Bioökonomie. Der komplexe Pflanzenstoff fällt bei der Holzverarbeitung und in Bioraffinerien in großen Mengen an, wird aber oft vor allem verbrannt. Ein Team der University of Wisconsin-Madison und der Princeton University zeigt nun, dass sich dieser Rohstoff gezielter in eine Vorstufe für biobasierte Kunststoffe überführen lässt, wenn das Lösungsmittel im Aufschlussprozess sorgfältig gewählt wird.
Weniger Druck mehr verwertbare Bausteine
Untersucht wurde eine Bioraffinerie, in der Lignin aus Pappelholz früh im Prozess in kleinere aromatische Bausteine zerlegt wird. Anschließend wandelt das Bakterium Novosphingobium aromaticivorans diese Stoffmischung zu Pyron-Dicarbonsäure (PDC) um. PDC gilt als vielversprechender Ausgangsstoff für Biokunststoffe.
Das Team testete sechs reine Lösungsmittel sowie verschiedene Verdünnungsschritte. Untersucht wurde dabei nicht nur wie viele aromatische Monomere im Reaktor entstehen, sondern auch, ob Lösungsmittelreste die Mikroben im nächsten Schritt hemmen. Für die gekoppelte chemisch-biologische Kette schnitt ein Gemisch aus 50 % Methanol am besten ab. Es erzeugte rund 85 Gramm phenolische Monomere und rund 63 Gramm PDC pro Kilogramm Pappelbiomasse.
Modell hilft bei der Lösungsmittelwahl
Besonders relevant ist der Befund, weil Lignin chemisch sehr unterschiedlich aufgebaut ist und sich deshalb nur schwer in einheitliche Produkte überführen lässt. Die Forschenden kombinierten ihre Versuche mit einem Rechenmodell mit dem Vorhersagen über Ausbeuten und Kompatibilität mit treffen lassen.
Auch ökonomisch fiel das Ergebnis deutlich aus. Für das Methanol-Wasser-System errechnete das Team einen Mindestverkaufspreis von etwa 14 US-Dollar pro Kilogramm gereinigtem PDC. Gegenüber der zuvor beschriebenen Prozesskette von Pappelholz zu PDC war das rund ein Viertel günstiger. Damit knüpft die Studie an frühere Arbeiten derselben Forschungsgruppen an. Neu ist nun die systematische Suche nach einem Lösungsmittel-System, das Chemie, Mikrobiologie, Kosten und Klimabilanz gemeinsam verbessert.
ag
