{"id":36058,"date":"2016-07-13T07:26:37","date_gmt":"2016-07-13T05:26:37","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=36058"},"modified":"2016-07-12T13:26:55","modified_gmt":"2016-07-12T11:26:55","slug":"chemikalien-aus-holz-statt-erdoel","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/chemikalien-aus-holz-statt-erdoel\/","title":{"rendered":"Chemikalien aus Holz statt Erd\u00f6l"},"content":{"rendered":"

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Zwei Forschungsprojekte des Nationalen Forschungsprogramms “Ressource Holz” haben neue Verfahren entwickelt, um aus Holz wichtige Chemikalien f\u00fcr die Herstellung von Medikamenten, Kunststoffen und D\u00fcngern gewinnen zu k\u00f6nnen. Das Ziel: Einen Ersatz f\u00fcr den Rohstoff Erd\u00f6l zu finden.<\/strong><\/p>\n

\u200b Aus Erd\u00f6l l\u00e4sst sich nicht nur Treibstoff herstellen. Petrochemikalien sind auch wichtige Rohstoffe f\u00fcr die chemische Industrie. Ohne Erd\u00f6l g\u00e4be es keine Kunststoffe und nur wenige Arznei- oder D\u00fcngemittel. Allerdings ist der R\u00fcckgang der Erd\u00f6lf\u00f6rderung absehbar. Um die dadurch entstehende Herausforderung zu meistern, brauchen wir erneuerbare Ressourcen als Alternativen zum Erd\u00f6l.<\/p>\n

Zwei Forschungsprojekte des Nationalen Forschungsprogramms “Ressource Holz” (NFP 66) sind jetzt dem Ersatz von Erd\u00f6l durch pflanzliche Biomasse \u2013 insbesondere Holz \u2013 einen wichtigen Schritt n\u00e4hergekommen. Sie konzentrieren sich erg\u00e4nzend auf jeweils einen der zwei Hauptbestandteile von Holz: Zellulose und Lignin. Diese beiden erneuerbaren Stoffe sind die weltweit h\u00e4ufigsten organischen Verbindungen.<\/p>\n

An der EFPL hat Sviatlana Siankevich neue, leistungsf\u00e4hige Katalyseverfahren entwickelt, die aus Zellulose Hydroxymethylfurfural (HMF) gewinnen, einen wichtigen Grundstoff f\u00fcr die Herstellung von Kunststoffen, D\u00fcngemitteln und Biotreibstoffen.(*) Das von Philippe Corvini geleitete Team der FHNW in Muttenz (BL) hat sich von Pilzen inspirieren lassen, die verrottendes Holz abbauen, um Enzyme zu finden, die Lignin in aromatische Verbindungen aufspalten. Diese Aromaten dienen als Ausgangsstoffe f\u00fcr die Herstellung von L\u00f6semitteln, Pestiziden, Medikamenten und Kunststoffen wie Polystyrol.<\/p>\n

Chemikalien statt Papier<\/h3>\n

Zellulose ist ein langkettiges Zuckermolek\u00fcl (Kohlenhydrat) und macht etwa zwei Drittel des Gewichts von Holz aus. “Aus Zellulose wird heute vor allem Papier hergestellt. Die R\u00fcckst\u00e4nde daraus k\u00f6nnten zur Herstellung gefragter Chemikalien sinnvoll eingesetzt werden”, so Sviatlana Siankevich vom Institute of Chemical Sciences and Engineering der EPFL. Zusammen mit Wissenschaftlern der Queen\u2019s University in Kanada und der National University of Singapore hat das von Paul Dyson geleitete EPFL-Team mehrere Arten von ionischen Fl\u00fcssigkeiten (fl\u00fcssige Salze) synthetisiert, um aus Zellulose HMF herzustellen. Mit ihrem Verfahren erzielten die Wissenschaftler in einem Schritt eine Rekord-Ausbeute von 62 Prozent.<\/p>\n

“Unser Verfahren funktioniert unter milden Reaktionsbedingungen und braucht weder sehr hohe Temperaturen und hohen Druck noch starke S\u00e4uren”, sagt Siankevich. “Wir konnten auch die Menge der unerw\u00fcnschten Nebenprodukte reduzieren. F\u00fcr den industriellen Einsatz des Verfahrens ist das ein wichtiger Aspekt. Unser Prozess funktioniert mit Holz, aber oft ist es einfacher, aus krautigen Pflanzen gewonnene Zellulose zu verwenden.”<\/p>\n

Gr\u00fcne Chemie<\/h3>\n

An der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) in Muttenz entwickelt Philippe Corvini zusammen mit seinem Doktoranden Christoph Gasser Verfahren f\u00fcr die Verwertung von Lignin. Dieses langkettige Molek\u00fcl ist Teil der Zellw\u00e4nde und verleiht B\u00e4umen ihre Steifigkeit. Holz besteht zu rund 15-40 Prozent aus Lignin. “Dieses wurde bisher kaum verwertet, sondern oft einfach nur verbrannt”, sagt Corvini. “Dabei l\u00e4sst es sich in aromatische Verbindungen aufspalten: in Molek\u00fcle, die auf den in der organischen Chemie allgegenw\u00e4rtigen sechseckigen Kohlenstoffringen basieren. Die Industrie setzt eine Menge dieser Verbindungen um, die fast ausschliesslich aus Erd\u00f6l gewonnen werden. Gegenw\u00e4rtig ist Lignin die aussichtsreichste Alternative zum Erd\u00f6l.”<\/p>\n

Es gibt Pilze, die einen Enzym-Cocktail absondern, um Lignin aufzuspalten und abzubauen. Unter der Leitung von Corvini untersuchte das FHNW-Team Kombinationen aus Dutzenden dieser Enzyme, um die effizienteste zu ermitteln.(**) Mit einem zus\u00e4tzlichen Katalyseschritt gelang es, 40 Prozent des Lignins in sehr kleine Molek\u00fcle \u2013 etwa Vanillin \u2013 aufzubrechen. Der Prozess ist interessant f\u00fcr die chemische Industrie: Das Team arbeitet bereits mit einem Ligninproduzenten zusammen. “Lignin wird heute vor allem aus Weizen- oder Reisstroh gewonnen”, sagt Corvini. “Aber auch Weichholz \u2013 wie das der Fichte \u2013 w\u00e4re gut geeignet, da ihr Lignin sich leicht aufspalten l\u00e4sst.”<\/p>\n

Das FHNW-Team hat auch ein Verfahren zur Wiederverwendung der Enzyme entwickelt. “Wir haben die Enzyme an mit Siliziumdioxid beschichtete Eisen-Nanopartikel gebunden”, erkl\u00e4rt er. “Nach der Reaktion entfernen wir die Eisenpartikel einfach mithilfe eines Magneten, um die Enzyme zur\u00fcckzugewinnen.” Diese lassen sich bis zu zehn Mal wiederverwenden, wodurch sich der f\u00fcr ihre Herstellung ben\u00f6tigte Energie- und Ressourceneinsatz bedeutend verringert. Damit passt das Verfahren sehr gut zum Konzept einer “gr\u00fcnen Chemie”.<\/p>\n

Das ganze Holz verwerten<\/h3>\n

Das Holz muss m\u00f6glichst umfassend verwertet werden, damit es eine wirtschaftliche Alternative zu Petrochemikalien sein kann. “Kleine Mengen einer einzelnen Komponente zu extrahieren, gen\u00fcgt nicht”, sagt Sviatlana Siankevich. “Wir m\u00fcssen daher komplement\u00e4re Verfahren finden, damit wir das gesamte Holz nutzen k\u00f6nnen.” Bei der Beurteilung, ob Holz ein wirtschaftlich sinnvoller Ersatz f\u00fcr Erd\u00f6l ist, sind noch weitere Aspekte zu beachten. Im Rahmen eines dritten Projekts des NFP 66 wurde k\u00fcrzlich die Nachhaltigkeit der Herstellung von Bernsteins\u00e4ure, einer anderen wichtigen Chemikalie, aus Holzresten untersucht.(***) Die von der ETH Zurich und der EPFL gemeinsam durchgef\u00fchrte Studie zeigt, dass intelligentes Prozessdesign Energieeinsparungen erm\u00f6glichen und auch anderwertig die Umwelt schonen kann \u2013 zentrale Faktoren f\u00fcr wettbewerbsf\u00e4hige Bioraffinerien.<\/p>\n

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(*) S. Siankevich et al.: Direct conversion of mono- and polysaccharides into 5-hydroxymethylfurfural using ionic liquid mixtures. ChemSusChem (2016); doi: 10.1002\/cssc.201600313<\/p>\n

(**) C. Gasser und P. Corvini (eingereicht)<\/p>\n

(***) M. Morales et al.: Nachhaltigkeitsbeurteilung f\u00fcr die Produktion von Bernsteins\u00e4ure aus Biomasse mittels Metabolic Engineering. Energy & Environmental Science (2016); Ausgabedatum: 10.1039\/C6EE00634E<\/p>\n

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Kontakt<\/h3>\n

Sviatlana Siankevich
\nInstitute of Chemical Sciences and Engineering EPFL
\n1018 Lausanne
\nTel.: +41 21 693 98 61
\nE-Mail sviatlana.siankevich@epfl.ch<\/a><\/p>\n

Philippe Corvini
\nInstitute for Ecopreneurship FHNW
\n4132 Muttenz
\nTel.: +41 61 467 43 44
\nE-Mail philippe.corvini@fhnw.ch<\/a><\/p>\n

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Ressource Holz (NFP 66)<\/h3>\n

Das Nationale Forschungsprogramm “Ressource Holz” (NFP 66) entwickelt in Zusammenarbeit mit Industrie, Waldbesitzern und Beh\u00f6rden wissenschaftliche Erkenntnisse und praxisorientierte L\u00f6sungsans\u00e4tze, um die Nutzung der Ressource Holz in der Schweiz zu optimieren. Die abschliessenden Empfehlungen des NFP 66 werden 2017 in Form von Kurzberichten publiziert. Der Schweizerische Nationalfonds (SNF) wurde vom Bundesrat mit der Durchf\u00fchrung dieses Programms beauftragt.<\/p>\n