Holz, Stroh und andere Pflanzenreste gelten als wichtige Rohstoffe für Bioraffinerien. Ihr Hauptbestandteil Cellulose besteht aus vielen aneinandergereihten Glucosebausteinen. Trotzdem lässt sie sich nur schwer in Zucker zerlegen, weil die Molekülketten in einer sehr stabilen, kristallinen Struktur zusammenhalten. Ein Forschungsteam der Universität Tokio zeigt nun, dass schon eine einfache Kältebehandlung die Reaktivität deutlich erhöhen kann. Dafür wurde kristalline Cellulose bei -28 Grad Celsius in eine wässrige Natronlauge getaucht. Anschließend stieg die Zuckerausbeute bei der Hydrolyse der Cellulose auf das 2,2-Fache gegenüber unbehandelten Proben.

Warum die Kälte hilft

Bekannt war bereits, dass Natronlauge die Kristallstruktur von Cellulose verändern kann. Dieses Verfahren, die sogenannte Mercerisation, wird seit langem etwa in der Textilverarbeitung genutzt. Die Tokioer Forschenden zeigen nun, dass die niedrige Temperatur mehr bewirkt. Nach ihren Analysen wird das Netzwerk aus Wasserstoffbrücken in der Cellulose stark gestört, obwohl die übergeordnete Ordnung weitgehend erhalten bleibt. Vereinfacht gesagt bleibt das Material geordnet, wird aber chemisch angreifbarer. Gerade das könnte ein Vorteil sein, weil Cellulose bislang oft mit energieaufwendigem Mahlen oder anderen harten Vorbehandlungen reaktiver gemacht werden muss.

Weniger Aufwand vor der Zuckergewinnung

Die Arbeit knüpft an eine frühere Studie derselben Gruppe an. Dort hatte das Team einen neuartigen Kohlenstoffkatalysator vorgestellt, mit dem kristalline Cellulose besser aufgebrochen werden kann. Die neue Vorbehandlung verbessert nun genau diesen Schritt weiter. Für Bioraffinerien der zweiten Generation, die Holz, Stroh oder andere nicht essbare Biomasse nutzen wollen, ist das relevant, weil die Freisetzung von Zucker oft zu den technisch schwierigsten Prozessschritten zählt. Noch ist die Methode kein fertiger Industrieprozess. Gezeigt wurde sie an kristalliner Modellcellulose und mit einem spezifischen Katalysator. Dennoch liefert die Studie einen klaren Praxisansatz. Wenn sich Cellulose mit wenig zusätzlichem Aufwand leichter in Zucker umwandeln lässt, könnte die stoffliche Nutzung pflanzlicher Reststoffe effizienter werden.

ag