ALIGN – Biobasierte Aromaten aus LIGNin

Um Bioraffinerien nachhaltig und wirtschaftlich betreiben zu können, ist die Umwandlung von Lignin in hochwertige Produkte unerlässlich. Aus dieser Motivation heraus sollen im Projekt verschiedene Verfahren zur Extraktion und Depolymerisation von Lignin  untersucht und skaliert werden, welche die Struktur und Funktionalität von Lignin erhalten. So werden neue, bisher nicht zugängliche aromatische Strukturen mit neuen Funktionalitäten und damit einem neuen Leistungsspektrum identifiziert, die in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen eingesetzt werden können.

Herausforderung

Um die Abhängigkeit von fossilen Ressourcen zu verringern und den CO2-Fußabdruck von Produktionsprozessen zu reduzieren, werden nachwachsende Rohstoffe in Bioraffinieren in Chemikalien umgewandelt. Lignin, das zweithäufigste terrestrische Polymer, stellt die einzige biogene Quelle für biobasierte Aromaten dar. Bisher wird es allerdings nur in begrenzten Mengen genutzt, da herkömmliche Ligninextraktionsverfahren auf die Fraktionierung und Reinigung von Cellulose für die Zellstoffherstellung optimiert sind. Da hierbei Lignin als Nebenprodukt betrachtet wird, ist das in den Zellstofffabriken anfallende Lignin überwiegend mit Sulfat verunreinigt. Es wird in der Regel lediglich energetisch verwertet und verbrannt. Aromaten stellen einen bedeutenden Anteil der heutigen chemischen Bausteine dar, die für eine Vielzahl von Anwendungen im Bereich von Polymeren, Klebstoffen, Beschichtungen, Harzen, Tensiden, Antioxidantien und Kosmetika verwendet werden.

Ziel: Entwicklung von Prozessen zu Herstellung funktionalisierter Bioaromaten aus Lignin

Um Bioraffinerien nachhaltig und wirtschaftlich zu betreiben, ist es unerlässlich, die stoffliche Nutzung mit der Umwandlung von Lignin in hochwertige Produkte zu verbinden. Ziel des Projekts ist daher die Entwicklung von Verfahren zur Nutzung von Aromaten auf Ligninbasis. Durch Ligninextraktionsverfahren, welche die Struktur und Funktionalität von Lignin erhalten, soll in Kombination mit chemischen und biotechnologischen Umwandlungswegen die Herstellung funktionalisierter Bioaromaten ermöglicht werden. Dadurch werden neue, bisher nicht zugängliche Strukturen mit neuen Funktionalitäten und damit einem neuen Leistungsspektrum identifiziert, die in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen eingesetzt werden können. Denkbar sind unter anderem die Nutzung von Phenolharzen für Laminate sowie die Produktion von natürlichem Vanillin für Lebensmittel und Getränke.

Vorhaben: Entwicklung von Verfahren und deren Scale-up zur Nutzung von Aromaten aus Lignin

Das Projekt ALIGN konzentriert sich auf die Skalierung von drei Extraktionsverfahren, die sowohl zu einer hochwertigen Ligninfraktion als auch zu einer reinen Cellulose-/Zuckerfraktion führen: Das LX-Verfahren (LXP), ein Organosolv-Verfahren kombiniert mit der basenkatalysierter Depolymerisation (BCD) und dem Lignin-First-Verfahren (LFP). Die aus den drei Verfahren gewonnenen Ligninfraktionen unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung hinsichtlich des Depolymerisations- und Funktionalisierungsgrades. Die Testung in unterschiedlichen Anwendungen ist Gegenstand des Projekts.

Auswirkung

Ausgehend von dieser breiten Palette unterschiedlicher Ligninderivate in Kombination mit maßgeschneiderten Downstream Processing (DSP)-Strategien lassen sich verschiedenste Bioaromaten mit einzigartigen Eigenschaften herstellen. Die Bioaromaten lassen sich beispielsweise als Phenolharze bei der Herstellung von Hochdrucklaminaten einsetzen oder als natürliches Vanillin für Lebensmittel und Getränke verwenden.

Zudem können die Extraktionsverfahren in zukünftigen Projekten für eine Vielzahl von Anwendungen für Aromaten – von Fein- bis Basischemikalien – angepasst werden.

Projektinformationen

Projekttitel

ALIGN – Biobasierte Aromaten aus LIGNin

 

Projektlaufzeit

April 2018 – April 2021

 

Projektpartner

  • Axxence Aromatic GmbH, Emmerich
  • CLIB2021 (Koordination)
  • Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP, Leuna
  • KU Leuven, Leuven, Belgien
  • LXP Group, Marienwerder
  • Phytowelt GreenTechnologies GmbH, Nettetal
  • UPM GmbH, Augsburg
  • VITO, Mol, Belgien

Förderung

Die deutschen Projektpartner werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Dieses Projekt stellt eine grenzüberschreitende Zusammenarbeit zwischen der belgischen Region Flandern und dem deutschen Bundesland Nordrhein-Westfalen (NRW) dar. Zusammen mit den Niederlanden sind diese Regionen Teil des Mega-Clusters BioInnovation Growth (BIG-Cluster): einer grenzüberschreitenden Initiative, die darauf abzielt, den europäischen Industrie-Mega-Cluster zu einem globalen Modell in umfassenden biobasierten Wertschöpfungsketten zu machen. BIG-Cluster wurde von den drei Clusterorganisationen BE-Basic (Niederlande), Catalisti (Flandern, Belgien) und ALIGN-Projektkoordinator CLIB2021 (NRW, Deutschland) initiiert.