Anschrift
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. - Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP
06237 Leuna
Am Haupttor Bau 1251
Aufgabenbeschreibung
Das Projektvorhaben LignOx zielt auf die stoffliche Wertschöpfung der in Sulfatzellstoffwerken anfallenden Schwarzlauge und daraus isolierter Lignine (Kraftlignin) ab. Im Teilvorhaben wurde die oxidative Depolymerisation des Kraftlignins mit Wasserstoffperoxid im wässrigen alkalischen Medium im Batchprozess zur Generierung polyfunktioneller Lignindepolymerisationsprodukte untersucht. Auch die nachfolgende Lösungsmittelfraktionierung der erhaltenen oligomeren Spaltprodukte zur gezielten Einstellung der Molmassenverteilung der Spaltprodukte wurde betrachtet. Die hierbei entstandenen funktionellen Depolymerisationsprodukte sollten mit nachfolgender optionaler chemischer Modifikation in ausgewählten Anwendungsfeldern getestet werden. Darüber hinaus wurde auch die stufenweiße Skalierung der Depolymerisation des Kraftlignins mit Wasserstoffperoxid bis in den 30 L-Maßstab untersucht. Damit möchte das Projekt eine Brücke bilden zur stofflichen Nutzung von Kraft-Lignin und dessen Potential in Biowerkstoffen. Gleichzeitig können mit der Erhöhung des Anteils der stofflichen Nutzung von Lignin fossile Ressourcen wie Erdöl und Erdgas geschont und die Auswirkungen des Treibhauseffektes durch die Entwicklung nahezu CO 2 neutraler Technologien reduziert werden. Des Weiteren könnte die Effizienz, Wettbewerbsfähigkeit und Nachhaltigkeit gegenwärtiger und zukünftiger Zellstoffwerke durch die Entwicklung neuer Anwendungsfelder für oxo-funktionalisierte Oligomere auf Basis von Lignin langfristig verbessert werden.
Ergebnisdarstellung
Durch die oxidative Depolymeriation des Kraftlignins mittels Wasserstoffperoxid in wässriger alkalischer Lösung ohne Anwendung eines Katalysators konnten erfolgreich Lingindepolymerisationsprodukte (Depolymerisationsgrad bis zu 32%) gewonnen werden. Durch gezielte Einstellung der Versuchsparameter kann eine Verdopplung der Karbonsäuregehaltes erzielt werden. Die erfolgreiche Oxidation wurde zudem mittels FT-IR-Analyse erfolgreich nachgewiesen. In Kombination mit der nachgeschalteten Aceton/Wasser- Lösungsmittelfraktionierung lassen sich Molmassenverteilungen und Karbonsäurefunktionalitäten durch die Synthese verschiedener oligomerer Feststofffraktionen und niedermolekularer Ölfraktionen gezielt einstellen. Auch eine Skalierung der oxidativen Depolymerisation des Kraftlignins mit Wasserstoffperoxid und nachfolgender Lösungsmittelfraktionierung bis in den 3 L-Maßstab (gramm-Maßstab) konnte erfolgreich durchgeführt werden. Das Oxidationsverfahren konnte auch erfolgreich auf den 30 L-Maßstab (kg-Maßstab) übertragen werden. Des Weiteren wurden die oligomeren Feststoffe in ersten Anwendungstests mit epoxidiertem Leinöl zu Epoxidharzen umgesetzt, welche bereits Shore A Härten im Bereich kommerzieller Produkte (Gummischuhsohle) aufwiesen.
