Klebstoff-Herstellung: Forscher wollen Erdöl durch Holz ersetzen

Klebstoff-Herstellung: Forscher wollen Erdöl durch Holz ersetzen

von Wolfgang Kempkens

Erdöl steckt auch in Klebstoffen und Lacken. Forscher wollen es jetzt durch Abfälle aus der Papierproduktion ersetzen.

Lignin ist zwar nicht der Stoff, „der die Erde im Innersten zusammenhält“, von dem Faust in Goethes gleichnamiger Tragödie träumte. Die Moleküle halten "nur" Bäume zusammen, indem sie die Zellulosefasern so intensiv miteinander verkleben, dass die Pflanzen im Wind zwar schwanken, aber nur selten abknicken.

Die Natur hat eine Vielzahl von Substanzen zu Lignin zusammengerührt, die es im Verbund schaffen, selbst 100 Meter hohe Mammutbäume in der Senkrechten zu halten. Zahlreiche Inhaltsstoffe des Lignin lassen sich deshalb weiterverarbeiten, etwa zu Klebstoffen, Farben oder Additiven für Kraftstoffe, theoretisch jedenfalls.

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In der Praxis wird Lignin meist einfach mit dem Holz verbrannt. Es ist bisher nicht wirtschaftlich, Lignin in seine Bestandteile zu zerlegen und diese in brauchbare und unbrauchbare zu sortieren.

Gleich fünf Fraunhofer-Institute und das Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr haben jetzt Verfahren entwickelt, mit denen sich die Wertstoffe aus dem Stoff so kostengünstig gewinnen lassen, dass sie dem Erdöl in einigen Bereichen Paroli bieten können, in naher Zukunft jedenfalls.

Bei den Fraunhofer-Instituten hat das Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse in Leuna, Sachsen-Anhalt, die wissenschaftliche Führung übernommen.

Die Wissenschaftler haben eine Technik entwickelt, mit der sich Lignin in seine Bestandteile spalten lässt. Lignoplast heißt das Forschungsvorhaben (ein ganz ähnliches Projekt existiert auch in Italien), das von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe finanziell gefördert wird.

Bioraffinerien könnten den Werkstoff liefernDas hellbraune Ligninpulver wird in einen Reaktor geschüttet, der Natronhydroxid oder eine andere Lauge enthält. Diese Lösung wird auf 300 Grad Celsius erhitzt. Bei einem Druck von 300 bar löst sich Lignin in seine Einzelteile auf.

Wenn diese nach Beendigung des Prozesses von der Lauge getrennt sind beginnt der Sortierprozess. „Wir machen uns die unterschiedliche Löslichkeit der Bestandteile zunutze“, sagt Daniela Pufky-Heinrich, eine der beteiligten Wissenschaftlerinnen in Leuna. Nacheinander werden die Lignin-Bruchstücke in verschiedene Lösungsmittel geschüttet, etwa in Alkohol, Hexan oder Ketone.

In jedem bleibt ein Wertstoff oder eine Gruppe von Wertstoffen zurück. Hier ist noch einiges an Forschungsarbeit zu leisten, um den Trennprozess wirtschaftlich zu machen. Daran arbeiten jetzt aber die Universität Stuttgart und fünf Unternehmen.

Vor allem so genannte Aromaten haben es den Forschern angetan, das sind chemische Verbindungen, die für die Herstellung von Lacken und Klebemitteln unverzichtbar sind. Heute werden sie meist aus Erdöl gewonnen.

Beim Sortieren der Lignin-Bruchstücke bleiben nicht einzelne Aromaten übrig, sondern Gruppen von 10 bis 30, die nur mit hohem Aufwand, also hohen Kosten, voneinander getrennt werden könnten.

Lignin könnte auch in Biokraftstoff landenDarauf könne man zu Glück verzichten, sagt Gerd Unkelbach, einer der beteiligten Forscher. „Im Bereich von Harzen, Klebstoffen oder Lacken kommen sowieso Aromatengemische zum Einsatz.“ Die Fraunhofer-Gesellschaft stellt ihre Forschungsergebnisse vom 17. bis 26. Januar auf der Grünen Woche in Berlin vor.

Auf absehbare Zeit fällt Lignin vor allem bei der Zellstoffproduktion (aus dem zum Beispiel Papier und Taschentücher werden) an, weltweit in Mengen von einigen Millionen Tonnen pro Jahr. Dieses Material muss vor der Weiterverarbeitung von Säureresten befreit werden. Sauberer ist Lignin, das in Bioraffinerien aus den Pflanzen gewonnen wird. Statt Säuren werden hier Alkohole genutzt, um Fasern und Lignin zu trennen. In Bioraffinerien, die eine Option für die nahe Zukunft sind, werden alle Bestandteile von Holz und anderen Pflanzen genutzt, um Chemierohstoffe und Sprit herzustellen.

Die Mülheimer Max-Planck-Forscher traktieren das Lignin aber derzeit nicht mit einer Lauge, sondern mit einer Säure. Als Reaktionsbeschleuniger dienen Zeolithe, das sind extrem poröse Keramiken, und ein Pulver, das vor allem porösen Nickel enthält. Das Team um den gebürtigen Brasilianer Roberto Rinaldi hat es mit dieser Konstellation geschafft, die Prozesstemperatur von 500 auf 150 Grad Celsius und den Druck von 200 auf 40 bar zu senken. Damit reduziert sich der Energieverbrauch.

Nutzbar sind die dabei entstehenden Lignin-Bruchstücke nach einem Sortierprozess von der chemischen Industrie oder direkt als Additiv für Kraftstoffe wie Biobenzin oder -Diesel, die aus Pflanzen aller Art gewonnen werden.

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