17.02.2020 - Katholieke Universiteit Leuven

Holz anstatt Erdöl

Kosteneffizienter und nachhaltiger: Chemikalien aus Holz

Ein interdisziplinäres Team von Bioingenieuren und Wirtschaftswissenschaftlern der KU Leuven hat herausgefunden, wie Holz das Erdöl in der chemischen Industrie ersetzen könnte. Sie untersuchten nicht nur die technologischen Anforderungen, sondern auch, ob dieses Szenario finanziell tragfähig wäre. Eine Umstellung von Erdöl auf Holz würde zu einer Verringerung der CO2-Emissionen führen, so die Forscher in Science.

Unsere Kunststoffe, Reinigungsmittel und Baumaterialien werden in der Regel aus chemischen Komponenten aus Erdöl und nicht aus erneuerbaren Materialien hergestellt. Erdöl ist derzeit als Rohstoff billiger zu verwenden. Aber das muss nicht der Fall sein. Das Forscherteam hat zuvor veröffentlicht, wie Holz in Chemikalien umgewandelt werden kann, die in einer Vielzahl von Produkten verwendet werden können. Dieser Prozess ist nun vollständig abgesteckt. Darüber hinaus berechneten sie, dass es finanziell machbar sein kann, eine Bioraffinerie zu bauen und zu betreiben, die Holz in chemische Bausteine umwandelt.

Um Chemikalien aus Holz zu gewinnen, wird es zunächst in einen festen Papierbrei und ein flüssiges Ligninöl gespalten. Der Zellstoff kann zur Herstellung von Biobrennstoffen der zweiten Generation oder natürlicher Isolierung verwendet werden, während das Ligninöl, wie Erdöl, zur Herstellung chemischer Bausteine wie Phenol, Propylen und Komponenten zur Herstellung von Tinte weiterverarbeitet werden kann. Das Lignin kann auch zur Herstellung alternativer Bausteine für Kunststoffe verwendet werden. Chemische Verbindungen auf der Basis von Lignin sind für den Menschen weniger schädlich als solche, die aus Erdöl hergestellt werden.

"In der Papierindustrie wird Lignin als Restprodukt angesehen und normalerweise verbrannt. Das ist schade, denn genau wie Erdöl kann es viele hochwertige Verwendungen haben, wenn es richtig von Holz getrennt werden kann und die richtigen chemischen Bausteine gewonnen werden", erklärt Professor Bert Sels von der Abteilung für mikrobielle und molekulare Systeme. Dadurch könnte Holz das Erdöl in der chemischen Industrie ersetzen.

Die neue Publikation ist ein wichtiger Meilenstein in der langfristigen Forschung des Teams. "Das Besondere an dieser Studie ist, dass wir die Wirtschaftlichkeit einer Umstellung von Erdöl auf Holz berechnet haben", sagt Bert Sels. Um ein realistisches Szenario zu erstellen, schlossen sich die Forscher mit einem belgisch-japanischen Tintenhersteller zusammen. Dies liegt daran, dass bestimmte Verbindungen aus Lignin zur Herstellung von Druckfarbe verwendet werden können. Die Berechnungen zeigen, dass ein Chemiewerk, das Holz als Rohstoff verwendet, nach einigen Jahren rentabel sein kann.

CO2-Speicherung

Durch intelligente Waldbewirtschaftung kann Holz nachhaltig geerntet werden. "Außerdem gibt es aufgrund der schrumpfenden Papierindustrie derzeit einen Holzüberschuss in Europa", erklärt Sels. Die Forscher arbeiten auch mit Abfallverarbeitern und Landschaftsplanern zusammen, um Schnittholz und andere Holzabfälle zu verwenden.

Die Umweltkosten bei der Verwendung von Holz wären geringer als bei der Verwendung von Erdöl, da chemische Verbindungen aus Holz weniger CO2-Emissionen verursachen. Darüber hinaus können Produkte aus Holzderivaten CO2 speichern, genau wie Bäume. "Dadurch wäre es möglich, Kohlenstoff aus CO2 in Kunststoffen zu speichern - vorzugsweise in wiederverwertbaren", sagte Sels.

Um die Anwendung ihrer Forschung zu demonstrieren, wird das Team nun den Produktionsprozess vergrößern. Die erste Testphase hat bereits begonnen. Letztendlich wollen sie in Belgien eine Holzbioraffinerie errichten. Inzwischen sind die Forscher mit verschiedenen Geschäftspartnern im Gespräch, die den Zellstoff und das Ligninöl in einer Vielzahl von Produkten verarbeiten können.

"Der Chemiesektor emittiert weltweit eine Menge CO2. Um eine kohlenstoffneutrale Chemie zu erreichen, ist eine ernsthafte Veränderung erforderlich", sagt Bert Lagrain, Sustainable Chemistry Innovation Manager. "Durch die Ausweitung unseres Forschungsprojekts hoffen wir, die Industrie mit ins Boot zu holen.

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