Forscher verwandeln Lignin mit Hilfe von Licht in Kunststoff, der immer wieder recycelt werden kann
Neues Verfahren könnte ein abfallfreies System zur Herstellung und Wiederverwendung von Polymeren fördern
Lignin ist wohl der am häufigsten vorkommende Bestandteil von Biomasse, von dem die meisten Menschen noch nie etwas gehört haben. Das könnte sich bald ändern.
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Viele Menschen sind mit seinem biochemischen Cousin Zellulose vertraut, einem Nebenprodukt der Papier- und Holzverarbeitung. Branchenexperten schätzen jedoch, dass bei denselben Verfahren jährlich 50 Millionen Tonnen Lignin anfallen. Nach der Destillation werden 98 Prozent der tintigen Flüssigkeit zur Stromerzeugung verbrannt.
Wissenschaftler haben nach effizienteren und nachhaltigeren Methoden zur Umwandlung dieses natürlich vorkommenden Polymers gesucht, um es als saubereren und umweltfreundlicheren Baustein für die Entwicklung von Materialien der nächsten Generation zu nutzen.
Chemiker des Boston College haben einen Ansatz entwickelt, der Licht nutzt, um Lignin in nachhaltige Kunststoffe umzuwandeln, wie das Team kürzlich in der Zeitschrift ACS Central Science berichtete .
"Wir haben einen Katalysator entwickelt, der selektiv bestimmte chemische Bindungen in Lignin aufbrechen kann, wenn es Licht ausgesetzt wird, so dass das Lignin in mittelgroße, lösliche Moleküle, so genannte Oligomere, umgewandelt wird", sagte Jia Niu, Assistant Professor für Chemie am Boston College und Mitautor der Studie.
Das Team wandelte die Oligomere dann in nachhaltige Kunststoffe um, indem es mit einem molekularen Klebstoff, dem so genannten Crosslinker, reagierte, heißt es in dem Bericht. Aufgrund der einzigartigen chemischen Strukturen der durch den Katalysator erzeugten Oligomere können die auf diese Weise hergestellten Kunststoffe chemisch in die Oligomere zurückgebaut und aus den Oligomeren und dem Vernetzer neu gebildet werden.
Die Ergebnisse stellen eine potenzielle Strategie für ein abfallfreies System der Polymerherstellung und -wiederverwendung dar, das als Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe bekannt ist, so Dunwei Wang, Mitautorin des Berichts und Inhaberin des Margaret A. und Thomas A. Vanderslice Lehrstuhls für Chemie am Boston College.
"Die Umstellung von Erdöl auf Biomasse als Rohstoff für die Energie- und Materialproduktion kann dazu beitragen, einige der wichtigsten Herausforderungen unserer Gesellschaft, wie Klimawandel und Plastikverschmutzung, zu bewältigen", so Wang. "Neue Methoden, mit denen aus Lignin fortschrittliche Materialien hergestellt werden können, werden die Effizienz der Biomassenutzung erheblich verbessern."
Wang und Niu, die ein gemeinsames Interesse an der Herstellung nachhaltiger Materialien haben, kamen auf der Grundlage von Wangs Erfahrung mit der Photokatalyse zur Steuerung chemischer Umwandlungen und Nius Arbeit an der Herstellung wiederverwertbarer Polymere zu diesem Projekt.
"Die angenehme Überraschung war der Grad der Kontrolle, den wir bei der Zersetzung von Lignin ausüben konnten, einem Biopolymer, das dafür bekannt ist, dass es schwer abbaubar ist", so Wang. "Ein solches Maß an Kontrolle ebnet den Weg für nachgelagerte Anwendungen."
Das Forscherteam will die neuartige Methode zur Umwandlung von Lignin in nachhaltige Kunststoffe, die sich leicht chemisch recyceln lassen, weiter entwickeln.
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