Lignin ist nach Zellulose das zweithäufigste Biopolymer auf der Erde. Es ist ein Hauptbestandteil von Bäumen und Gräsern und entsteht in großen Mengen als Abfallprodukt bei der Papier-, Zellstoff- und Bioethanolproduktion. Da der Aufschluss des komplexen Biopolymers schwierig ist, wird der Reststoff allerdings meist verbrannt. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Leibniz-Instituts für Katalyse (LIKAT) zeigt nun, wie sich Lignin effizient verwerten lässt.

Gemeinsam mit chinesischen Partnern hat das LIKAT-Team ein Verfahren entwickelt, das den Pflanzenstoff in aromatische Amide umwandelt. Amide sind organische Verbindungen, die sich von Ammoniak (NH3) ableiten und wichtige Grundstoffe etwa für Arzneimittel und Pflanzenschutzmittel sind.

Entwicklung eines innovativen Katalysators

Im Fokus der Entwicklung steht ein Katalysator, in dem Kobalt-Atome einzeln in einer Kohlenstoffmatrix verankert sind. Er sei äußerst aktiv und ermögliche eine präzise, selektive Umwandlung des Lignins, heißt es. Das Entscheidende: Das neue Katalyseverfahren kommt ohne giftige Reagenzien aus und läuft unter milden Bedingungen.

Amide aus Lignin

Die Umwandlung von Lignin erfolgt demnach in zwei Schritten, die in einem Reaktionsgefäß durchgeführt werden können: Zunächst wird Lignin mithilfe von Sauerstoff in Carbonsäuren zerlegt, die anschließend mit Ammoniak oder Aminen zu aromatischen Amiden regieren. „Statt diesen wertvollen Rohstoff zu entsorgen, können wir ihn nun gezielt in nützliche chemische Produkte umwandeln“, erklärt einer der Erstautoren der Studie, Zhuang Ma.

Wichtiger Schritt hin zur nachhaltigen Kreislaufchemie

Bemerkenswert ist auch, dass das Verfahren nicht nur mit aufbereitetem Lignin funktioniert, sondern auch mit gewöhnlichen Kieferholzspänen. Hier konnten Ausbeuten erzielt werden, die fast die „theoretisch möglichen Höchstwerte“ erreichen. Zudem ist der Katalysator mehrfach einsetzbar, ohne an Leistung zu verlieren. „Unsere Forschung schafft eine Grundlage für eine wirklich erneuerbare Produktion wichtiger chemischer Bausteine“, sagt LIKAT-Forscher Jagadeesh Rajenahally. „Das ist ein wichtiger Schritt hin zu einer nachhaltigen Kreislaufchemie.“ 

bb