An die Zeitlupenaufnahme einer Sprengung erinnert ein neues Aufschlussverfahren für Holz, bei dem die im Rohzustand eng verbundenen Wertstoffe Lignin und Zellulose voneinander getrennt werden. Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich und der Technischen Hochschule Aachen setzen dazu ionische Flüssigkeiten ein, das sind besondere Salze, die bei Temperaturen unter 100 Grad Celsius flüssig sind, oft schon bei Zimmertemperatur. Bisher werden zur Gewinnung des vor allem in der Papierindustrie benötigten Zellstoffs basische Flüssigkeiten eingesetzt, die das Lignin bei relativ hohen Temperaturen auswaschen. Übrig bleiben Schwarzlauge, in der das Lignin gelöst ist, und Zellstoff. Das Verfahren benötigt viel Energie und Wasser.


Foto: Andreas Heddergott / TUM

Harze und Kunststoffe aus Holz

Die Schwarzlauge wird meist verbrannt, obwohl sie den Wertstoff Lignin enthält. Diesen zu isolieren ist aufwändig, sodass er kaum genutzt wird. Dabei lassen sich aus Lignin und auch aus Zellulose zahlreiche Grundchemikalien herstellen, wie Zucker oder aromatische Verbindungen. Daraus wiederum können hochwertige Produkte entstehen, beispielsweise biologisch abbaubare Kunststoffe, leichte und widerstandsfähige Verpackungen, Aromastoffe wie Vanillin oder Klebstoffe und Harze, etwa für den Bau von Windturbinen oder Fahrzeugen. Damit ließe sich Erdöl ersetzen.

Lignin und Zellstoff trennen sich in Minutenschnelle

Holz, das in einer ionischen Flüssigkeit liegt, beginnt zu quellen, sodass sich in Minutenschnelle Lignin und Zellstoff voneinander trennen. Beide Biomoleküle liegen in reiner Form vor, sodass sie direkt weiterverarbeitet werden können, beispielsweise mit Hilfe von Enzymen, das sind natürliche Katalysatoren. Die ionischen Flüssigkeiten lassen sich wiedergewinnen und erneut zum Holzaufschluss einsetzen.


Neutronen machen den Quellprozess sichtbar

Neutronen Um das Verfahren zu optimieren beobachteten die Forscher die „Explosion“ mit einem der beiden Kleinwinkel-Streudiffraktometer am Forschungsreaktor München (FRM II) der Technischen Universität München (TUM) in Garching. Dabei wird ein Neutronenstrahl auf die Probe geschossen. Die Kernbauteilchen werden hier wie Licht in einem normalen Mikroskop genutzt. Sie produzieren ein Video vom Aufschlussprozess. Mit dieser Bildanalysetechnik gelang es den Forschern, den Prozess zu optimieren, sodass er möglicherweise auch industriell für große Holzmengen genutzt werden kann.

Die Videos zeigen, dass die Flüssigkeit durch natürliche Poren in das Holz eindringt. Es beschleunigt sich, weil nanometergroße Löcher entstehen. Schließlich beginnt das große Aufquellen, das mit einer kompletten Trennung der Wertstoffe endet.

via Forschungszentrum Jülich

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