Photokatalytische Modifizierung und Depolymerisation von Lignin

Nachwachsende Rohstoffe liefern natürliches Lignin, das für die Erschließung neuer Biowerkstoffe und vor allem für die Darstellung aromatischer Feinchemikalien attraktiv ist. Das Biopolymer - ein Hauptbestandteil von gefäßbildenden Pflanzen, insbesondere dem Holz von Bäumen - liegt in einer Verbundstruktur mit Cellulose und Hemicellulose vor und zählt zu den drei am häufigsten vorkommenden organischen Verbindungen der Erde. Es fällt bei der Zellstoffgewinnung als Nebenprodukt mit etwa 55 Mio. Tonnen pro Jahr an. Nur etwa zwei Prozent des gewonnenen Lignins werden aktuell stofflich genutzt, der Rest wird wegen des relativ hohen Brennwerts thermisch verwertet.

Daher soll innerhalb Teilprojekt 4 ein photokatalytisches Verfahren zur Spaltung und Modifizierung von Lignin realisiert werden, um die Verwendung des Naturstoffs als Zusatz- und Biowerkstoff voranzutreiben. Verglichen mit anderen katalytischen Spaltungsreaktionen stellt die Photokatalyse eine besonders energieeffiziente und gesundheitlich unbedenkliche Methode dar.

Da es sich bei Lignin um ein großes, weitverzweigtes Polymer mit vielen unterschiedlichen strukturellen Merkmalen handelt, ist eine direkte Forschung an diesem Naturstoff sehr komplex. Um die Vorgänge während einer photokatalytischen Spaltung besser zu verstehen, werden daher im Vorfeld kleinere Modellverbindungen des Lignins synthetisiert und analysiert. Ziel des Teilprojekts ist es, den Erkenntnisgewinn aus diesen Modellspaltungen auf immer größere Modelle anzuwenden, um so eine sukzessive Annäherung an das eigentliche Lignin zu erreichen. Die nun bekannten Spaltungsprodukte des Lignins können entweder direkt isoliert und stofflich genutzt werden oder sie erhalten weitere chemische Modifikationen und damit neue Eigenschaften.

Bedingt durch die milden Reaktionsparameter einer photochemischen Reaktion und die eingesetzten Reagenzien wird eine selektivere Aufspaltung als bei anderen Methoden erwartet. Neben all den positiven Aspekten dieser grünen Chemie, hätte dies einen vielversprechenden Nebeneffekt zur Folge, nämlich die Vereinfachung der nachfolgenden Isolierungs- und Reinigungsprozesse der abgespaltenen Feinchemikalien sowie einer Reduzierung der damit verbundenen Kosten.