Holz, Stroh und andere Pflanzenreste sind aus Sicht der Bioökonomie ein Rohstoffverbund. In ihren Zellwänden stecken vor allem Cellulose, Hemicellulose und Lignin. Wer daraus Zucker, Fasern oder chemische Bausteine gewinnen will, muss diese Bestandteile zunächst möglichst sauber trennen. Ein Team um Cariny Polesca und Jason P. Hallett vom Imperial College London stellt nun eine Weiterentwicklung des ionoSolv-Verfahrens vor. Der entscheidende Punkt ist ein Arbeitsschritt, der im Labor oft selbstverständlich ist, für größere Anlagen aber aufwendig werden kann: das Waschen der cellulosehaltigen Fraktion mit Ethanol.

Zellstoff ohne Alkoholwäsche

Das ionoSolv-Verfahren nutzt sogenannte protonische ionische Flüssigkeiten. Das sind salzartige Flüssigkeiten, die unter Prozessbedingungen Lignin und Hemicellulose aus lignocellulosehaltiger Biomasse lösen können, während eine cellulose-reiche Faserfraktion zurückbleibt. In der neuen Studie wurde diese Fraktion nicht mit Ethanol, sondern ethanolfrei gewaschen. Damit entfällt ein zusätzlicher Lösungsmittelstrom, der bei einer technischen Umsetzung gelagert, zurückgewonnen und sicher gehandhabt werden müsste.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Vereinfachung nicht zulasten der Cellulosequalität gehen muss. Die Forschenden berichten für den gewonnenen Zellstoff einen Glucananteil von fast 93 %. Glucan steht hier für die aus Glucose-Bausteinen aufgebaute Cellulose. In Enzymtests erreichte die Fraktion über 90 % enzymatische Abbaubarkeit. Die Cellulose blieb für Enzyme also gut zugänglich.

Stellschraube für Bioraffinerien

Die Wäsche ist bei solchen Verfahren mehr als ein Reinigungsschritt. Bleiben Ligninreste an der Faser haften oder fällt gelöstes Lignin wieder aus, kann das die weitere Verzuckerung stören. Bereits frühere Arbeiten zum ionoSolv-Aufschluss hatten Waschprotokolle als wichtige Stellschraube benannt, um Ligninrückfällung und Wasserbedarf zu verringern. Die neue Veröffentlichung setzt genau an dieser Schnittstelle an: Sie verbindet den Aufschluss der Biomasse mit einer einfacheren Nachbehandlung der Cellulosefraktion.

Für die Bioökonomie ist der Ansatz interessant, weil er nicht nur die Zuckergewinnung aus Pflanzenresten berührt. In einer Lignocellulose-Bioraffinerie zählt auch, was mit der Ligninfraktion passiert. Lignin ist der aromatische Anteil der pflanzlichen Zellwand und kann, wenn es geeignet abgetrennt wird, Ausgangspunkt für biobasierte Materialien oder chemische Zwischenprodukte sein. Die Studie ordnet die ethanolfreie Wäsche deshalb als Schritt zu einem vereinfachten und wirtschaftlich attraktiveren Weg zu Cellulose und Lignin ein.

Noch ist das ein integrierter Prozess im Forschungsmaßstab. Der Nachrichtenwert liegt vor allem in einem praktischen Detail der Aufarbeitung: Weniger Ethanol könnte den Weg zu lignocellulosebasierten Bioraffinerien vereinfachen und damit pflanzliche Reststoffe besser für biobasierte Produkte erschließen.

ag