Green Chemistry

Biokraftstoffe hergestellt aus lignocellulosehaltigem Material wie Holz, Agrarabfallstoffen oder zur Energieerzeugung nutzbaren Pflanzen weisen im Vergleich zu Biokraftstoffen aus z.B. Maisstärke oder Zuckerrohr wirtschaftliche und ökologische Vorteile auf.

Die Cellulose und Hemicellulose in dieser Biomasse lässt sich jedoch deutlich schwieriger zu Biokraftstoffen umzusetzen. Ursache dafür ist die starke Verflechtung der Komponenten (Cellulose, Hemicellulose und Lignin) untereinander, welche die Pflanze unter anderem gegen äussere Einflüsse schützt. Dies behindert den enzymatischen Abbau von Cellulose und Lignocellulose zu ihren Zuckern, die anschliessend z.B. zu Bioethanol vergärt werden können. Daher sind Vorbehandlungen dieser Biomasse notwendig, um deren Struktur aufzubrechen und den enzymatischen Zugang zu verbessern.

Wir untersuchen einen speziellen Dampf-Aufschluss, welcher die Holzstruktur aufbrechen kann. Die Besonderheit dieses „hot water pretreatments“ ist, dass Repolymerisierungsreaktionen des Lignins während des Aufschlusses verhindert werden können. Dies ermöglicht später besonders hohe Zuckerausbeuten bei der enzymatischen Hydrolyse der Cellulose. Die Zucker können dann zu Biotreibstoffen wie Ethanol oder Butanol vergärt werden.

Neben der Herstellung von Biotreibstoffen aus Cellulose, untersuchen wir ein neues Konzept zur Herstellung von Chemikalien aus der erhaltenen Ligninfraktion des Holzes. Aufgrund der aromatischen Struktur des Ligninpolymers und seiner grossen Verfügbarkeit als erneuerbare Kohlenstoffquelle, ist die Umsetzung von Lignin in aromatische Chemikalien ein attraktiver Ansatz. Daneben wird die Anwendbarkeit des Lignins für die Produktion von Polymeren untersucht.

Keywords:  

biorefinery, second generation biofuels, lignocellulose, lignin, steam pretreatment, enzymatic hydrolysis, steam explosion pretreatment