Gewinnung von bifunktionellen Verbindungen aus Lignin

Lignin ist ein heterogenes Polymer, das verschiedene phenolische Strukturen und eine Vielzahl von funktionellen Gruppen enthält. Daher ist es eine interessante Ressource für die Produktion aromatischer Plattformchemikalien für die chemischen Industrie. Monocyclische aromatische Verbindungen wie Catechol können als Bausteine für Polymere verwendet werden. Bislang ist jedoch kein kommerzielles Verfahren zur Aromatenproduktion aus Lignin, mit Ausnahme der Produktion von Vanillin, etabliert worden.

Der Fokus des Projekts lag auf dem Verständnis des Verhaltens von lignocellulosehaltiger Biomasse und Lignin bei der hydrothermalen Verflüssigung, einem Verfahren mit großem Potential für die Depolymerisation von Lignin. Im Gegensatz zu thermischen Prozessen, die hauptsächlich über radikalische Reaktionen ablaufen und zu einer Vielzahl unterschiedlicher Produkte führen, sind solvolytische Prozesse selektiver und führen zu Produkten mit interessanten funktionellen Gruppen. Um das Produktspektrum zu optimieren wurden die Einflüsse unterschiedlicher Reaktionsbedingungen (Reaktortyp, Temperatur, Reaktionszeit) untersucht. Unter den verwendeten Reaktortypen wurden keine wesentlichen Unterschiede im Hinblick auf die Verflüssigung festgestellt. Hydrothermale Bedingungen erhöhen die Ausbeute und Selektivität gegenüber bifunktionellen Molekülen wie Catechol. Bei höheren Temperaturen und längeren Retentionszeiten werden die Catechol-Massenausbeuten niedriger. Bei Temperaturen über 350 °C konnte fast kein Catechol hydrothermal gewonnen werden. Diese Trends wurden für unterschiedlich zusammengesetzte Lignine aus verschiedenen Holzarten bestätigt.

Bei der Bearbeitung des Projektes wurden einige Grenzen der gängigen Analysemethoden für Lignin und seine Derivate aufgezeigt. Eine Diskussion der Analysemethoden findet sich in der ausführlichen Veröffentlichung (link).

Aufbauend auf den experimentellen Daten wurden die grundlegende Reaktionen von Lignin zu bifunktionellen Verbindungen aufgeklärt und modelliert. Damit konnte ein Modell entwickelt werden, mit dem die bei der hydrothermalen Verflüssigung von Lignin entstehenden Produkte in Abhängigkeit der Temperaturen und Reaktionszeiten vorhergesagt werden können. Diese Ergebnisse werden für den Aufbau eines Bioraffinerie-Konzeptes verwendet. Darüber hinaus hat das Projekt wertvolle Beiträge zum Verständnis von Lignin, seiner Analytik und seinem Verhalten in der HTL geliefert.