Pflanzenabf\u00e4lle sind alles andere als M\u00fcll. Schon bald k\u00f6nnten sie zu Biotreibstoff verarbeitet werden. Denn Pflanzenzellen bestehen aus Cellulose und diese steckt voller Energie. Mehrere tausend Zuckereinheiten sind \u00fcber besonders stabile Verkn\u00fcpfungen verbunden und machten es bislang technisch kaum m\u00f6glich, die Cellulose aufzuspalten. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut f\u00fcr Kohlenforschung in M\u00fclheim an der Ruhr haben nun ein Verfahren entwickelt, mit dem sich die Cellulose relativ einfach in ihre kleinsten Bestandteile spalten l\u00e4sst. Erneuerbare Rohstoffe und regenerative Biokraftstoffe k\u00f6nnten so demn\u00e4chst aus Biomasse hergestellt werden.<\/b><\/p>\n
Papier besteht haupts\u00e4chlich aus Cellulose, dem Hauptbestandteil aller Pflanzenzellen. Biomasse, die aus Stroh- und Holzresten gewonnen werden kann, ist allerdings nicht nur f\u00fcr die Papierindustrie interessant, sondern auch f\u00fcr die Produktion erneuerbarer Roh- und Treibstoffe. Der Haken: Da Cellulose sehr stabil ist, war es der Industrie bislang kaum m\u00f6glich, sie in ihre einzelnen Bausteine, die Zuckermolek\u00fcle, zu spalten. Dabei ist Cellulose die h\u00e4ufigste organische Verbindung der Erde. Reichlich vorhandene Energie bleibt so ungenutzt.<\/p>\n
Keine Nebenprodukte<\/b>
Roberto Rinaldi, Regina Palkovits und Ferdi Sch\u00fcth vom Max-Planck-Institut f\u00fcr Kohlenforschung in M\u00fclheim an der Ruhr haben nun eine Methode entwickelt, mit der sich Cellulose in kleinere Bestandteile zerlegen l\u00e4sst. Alles, was die Wissenschaftler dazu ben\u00f6tigen, sind ein fester saurer Katalysator und ein ionisches Medium. Hiermit gelingt es, die langen Celluloseketten in wenigen Stunden oder sogar noch schneller selektiv in k\u00fcrzere St\u00fccke aufzuspalten, die dann mit anderen Verfahren weiterverarbeitet werden k\u00f6nnen. Ein Vorteil: Es entstehen kaum Nebenprodukte, die in weiteren Prozess-Schritten zu Problemen f\u00fchren k\u00f6nnten. Der feste Katalysator ist nach der Reaktion einfach abtrennbar und kann wiederverwendet werden.<\/p>\n
Zun\u00e4chst l\u00f6sten die Wissenschaftler die Cellulose in einer ionischen Fl\u00fcssigkeit. Dies ist ein Salz, das bei Raumtemperatur fl\u00fcssig ist und positiv und negativ geladene Teilchen enth\u00e4lt. “Dieser Schritt macht die langen Glucoseketten f\u00fcr weitere chemische Reaktionen zug\u00e4nglich und die Cellulose ist nun durch feste Katalysatoren angreifbar”, sagt Sch\u00fcth. Katalysatoren sind Stoffe, die chemische Reaktionen beschleunigen, dabei aber selbst nicht verbraucht werden.<\/p>\n
Mit Harzen zum Erfolg<\/b>
Die Max-Planck-Forscher haben nun herausgefunden, wie ein Katalysator beschaffen sein muss, um die Cellulose aufzuspalten. Das Material sollte sauer sein, also positiv geladene Wasserstoffteilchen abgeben k\u00f6nnen. Auch eine gro\u00dfe Oberfl\u00e4che und Poren in der richtigen Gr\u00f6\u00dfe sind wichtig, da die gel\u00f6ste Cellulose in ionischer L\u00f6sung sehr z\u00e4hfl\u00fcssig ist und dies den Transport der Ketten zum Katalysator erschwert. “Wir haben entdeckt, dass sich chemisch ver\u00e4ndertes Harz hervorragend eignet, um die stabilen Zucker-Verbindungen der Cellulose aufzubrechen”, so Ferdi Sch\u00fcth.<\/p>\n
Durch die Zugabe von Wasser setzen sich die nun verk\u00fcrzten Glucoseketten am Boden ab, sodass die Max-Planck-Forscher das Produkt leicht aus der Fl\u00fcssigkeit abtrennen konnten. Danach filtrierten die Wissenschaftler die L\u00f6sung und gewannen so auch den festen Katalysator zur\u00fcck. “Um dann letztendlich an die kleinsten Bausteine der Cellulose zu gelangen, muss man einen weiteren Schritt anschlie\u00dfen, etwa unter Nutzung von Enzymen”, sagt Sch\u00fcth. Diese Eiwei\u00dfe spalten die kurzen Ketten zu einzelnen Zuckermolek\u00fclen. Diesen Abbauprozess – von Cellulose zu einzelnen Glucosemolek\u00fclen – bezeichnen die Forscher auch als Depolymerisation. Lange Ketten werden gezielt zu ihren Einzelbausteinen abgebaut.<\/p>\n
Von Holz zu Zucker<\/b>
Durch das Verfahren der Max-Planck-Forscher lassen sich auch sehr stabile Pflanzenteile, wie etwa mikrokristalline Cellulose, abbauen. Normalerweise bleiben diese bei der Celluloseverarbeitung als unl\u00f6slicher Bestandteil zur\u00fcck. “Mit dieser Methode k\u00f6nnen wir am Anfang des Prozesses sogar Holz einsetzen”, erkl\u00e4rt der Wissenschaftler. “Deshalb kann man tats\u00e4chlich sagen, dass mit diesem Verfahren der direkte Abbau von Holz zu Zucker m\u00f6glich ist.”<\/p>\n
Die Aufbereitung der Cellulose nach dem Verfahren der Forscher bietet viele Einsatzm\u00f6glichkeiten. Das Polymer k\u00f6nnte beispielsweise als erneuerbarer Rohstoff f\u00fcr die Produktion von Chemikalien genutzt werden. Die neue Methode des Max-Planck-Instituts f\u00fcr Kohlenforschung schlie\u00dft zudem eine bisherige Technologiel\u00fccke, denn wenn die Glucose erst einmal erzeugt ist, k\u00f6nnen zahlreiche Prozesse ansetzen: “Die Zuckermolek\u00fcle der Cellulose lassen sich zum Beispiel alkoholisch verg\u00e4ren. Das dabei entstehende Ethanol ist dann wiederum als regenerativer Biokraftstoff nutzbar.” Dieser Treibstoff w\u00fcrde, anders als Kraftstoff aus Getreide und Mais, nicht mit der Lebensmittelindustrie konkurrieren. Pflanzenabf\u00e4lle wie beispielsweise Holzreste und Stroh, die anderweitig keine Verwendung mehr finden, k\u00f6nnten demn\u00e4chst durch das Verfahren der Max-Planck-Forscher zu Biotreibstoff umgewandelt werden. Allerdings ist auf dem Weg dahin noch umfangreiche Entwicklungsarbeit zu leisten. So sind etwa die ionischen Fl\u00fcssigkeiten sehr teuer und m\u00fcssten in einem technischen Prozess vollst\u00e4ndig im Kreis gef\u00fchrt werden.<\/p>\n
Hintergrund:<\/b>
Cellulose ist nahezu unbegrenzt verf\u00fcgbar. Pflanzen produzieren aus Kohlendioxid und Wasser in komplexen chemischen Reaktionen etwa 10 12 Tonnen Cellulose pro Jahr. Die β-1,4-glycosidischen Bindungen, \u00fcber die die einzelnen Bausteine des Polymers miteinander verkn\u00fcpft sind, machen die Cellulose zu einem stabilen Baustein der Pflanzenzelle. Bei Raumtemperatur und ohne das Zutun von Mikroorganismen w\u00fcrde Cellulose erst in Millionen von Jahren zerfallen.<\/p>\n
Nicht nur die Industrie tat sich bislang schwer, diese Verkn\u00fcpfungen aufzuspalten. Auch viele Verdauungssysteme, beispielweise von Mensch oder Schwein, k\u00f6nnen diese Ballaststoffe nicht verwerten. Nur Bakterien, die beispielsweise im Pansen von K\u00fchen vorhanden sind, einige Pilze und Silberfischchen sind in der Lage, die Zuckermolek\u00fcl-Ketten der Cellulose zu spalten.<\/p>\n
Originalver\u00f6ffentlichung:<\/b>
Roberto Rinaldi, Regina Palkovits, Ferdi Sch\u00fcth: “Depolymerization of cellulose by solid catalysts in ionic liquids.” Angewandte Chemie, 23. September 2008<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Pflanzenabfälle sind alles andere als Müll. Schon bald könnten sie zu Biotreibstoff verarbeitet werden. Denn Pflanzenzellen bestehen aus Cellulose und diese steckt voller Energie. Mehrere<\/b><\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"","nova_meta_subtitle":"","footnotes":""},"categories":[5572],"tags":[],"supplier":[621,620],"class_list":["post-11291","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-bio-based","supplier-max-planck-gesellschaft","supplier-max-planck-institut-fuer-kohlenforschung"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/11291","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=11291"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/11291\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=11291"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=11291"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=11291"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=11291"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}