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Neues Holzaufschlussverfahren : Quellen lassen

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Bisher gelang das Verfahren erst mit einem dünnen Scheibchen aus Buchenholz. Bild: Rainer Wohlfahrt

Zellulose und Lignin, das die Fasern des Holzes wie Klebstoff zusammenhält, lassen sich bisher nur mit roher chemischer Gewalt voneinander trennen. Forscher haben nun ein neues Verfahren zum Trennen der Holzbestandteile entwickelt.

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          Holz ist ein wertvoller Rohstoff, und sein Nutzen geht weit über die Herstellung von Möbeln oder Papier hinaus. In dem Pflanzenmaterial finden sich zwei der weltweit häufigsten organischen Verbindungen: Zellulose und Lignin. Die Biomoleküle besitzen großes Potential als nachhaltige Alternative zu fossilen Rohstoffen. Denn aus Zellulose und Lignin lassen sich zahlreiche Grundchemikalien herstellen, wie Zucker oder aromatische Verbindungen. Zellulose und Lignin, das die Fasern des Holzes wie Klebstoff zusammenhält, lassen sich bisher nur mit roher chemischer Gewalt voneinander trennen.

          Den so gewonnenen Zellstoff nutzt beispielsweise die Papierindustrie. Das Lignin wird meist mitsamt der Lauge eingedickt und verbrannt. Schade drum, denn dieses Biomolekül lässt sich, ebenso wie der Zellstoff, nutzen, um Grundchemikalien herzustellen, die heute aus Erdöl gewonnen werden. Aus den Grundchemikalien werden biologisch abbaubare Kunststoffe, leichte und widerstandsfähige Verpackungen, Aromastoffe wie Vanillin oder Klebstoffe und Harze, etwa für den Bau von Windturbinen oder Fahrzeugen, produziert.

          Mit dem klassischen Holzaufschlussverfahren mittels Laugen und thermischer Energie sind die beiden Wertstoffe nur mit hohem Aufwand in der benötigten reinen Form zu gewinnen. Hier setzen Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich und der Technischen Hochschule Aachen an. Sie trennen Zellulose und Lignin mit Hilfe von ionischen Flüssigkeiten. Das sind ungewöhnliche Salze, die bei niedrigen Temperaturen flüssig sind. Sie dringen in das Holz ein und lassen es quellen, so dass es wie bei einer Explosion in extremer Zeitlupe auseinanderfällt. Die Wertstoffe sind getrennt und können beispielsweise mit Enzymen, also biologischen Katalysatoren, weiterverarbeitet werden.

          Bisher gelang das Verfahren erst mit einem dünnen Scheibchen aus Buchenholz. Übergossen mit einer ionischen Flüssigkeit, zerfiel es innerhalb von wenigen Minuten in seine Bestandteile. Um das Verfahren industriell nutzen zu können, also große Mengen an Holz aufzuschließen, muss es optimiert werden.

          Das gelingt mit einem Kleinwinkel-Streudiffraktometer am Forschungsreaktor München (FRM II), den die Technische Universität München (TUM) in Garching betreibt. FRM II liefert Neutronen, mit denen die Proben während des Aufschlusses bombardiert werden. Sie liefern scharfe Videos, anhand derer der Optimierungsprozess möglich wird.

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