Holz besteht hauptsächlich aus in Bündeln angeordneten Cellulosefasern, die in einer Matrix aus Ligninmolekülen eingelagert sind. Das Lignin dient als Stütze und ist zugleich als verhärtetes Polymer für die Druckfestigkeit des Gewebes zuständig, während die eingelagerten Cellulosefasern die Zugfestigkeit gewährleisten. Es handelt sich also um eine Kombination aus reißfesten, biegsamen Fasern (Cellulose) mit einem dichten und starren Polymer als Füllmaterial (Lignin). Darüber hinaus schützt Lignin das Zellwandmaterial vor Wasser, gegenüber UV-Licht sowie vor Schädlingen.
Beim Holzaufschluss werden in der Regel Holzhackschnitzel mit Chemikalien wie Natronlauge, Natriumsulfid oder Natriumsulfat unter Druck gekocht, so dass die Holzstruktur aufgebrochen wird und sich die einzelnen Holzbestandteile anschließend voneinander trennen lassen. Bei aktuell gängigen Verfahren jedoch wird dabei nur Cellulose gewonnen (zum Beispiel für die Papierherstellung), das Lignin und die Hemicellulosen hingegen werden als Abfallstoff für die Energiegewinnung des Zellstoffwerks verbrannt. Durch den Aufschluss erweitert sich daher das Anwendungsportfolio.
Unsere Aufgabe ist es, das Holz in seine Einzelbestandteile Cellulose, Hemicellulose und Lignin aufzuspalten, damit diese für weitere Forschungs- und Anwendungszwecke genutzt werden können. Dabei liegt der Fokus allerdings – anders als beispielsweise in der Papierindustrie – nicht nur auf der Gewinnung von Cellulose, sondern auch auf der qualitativen Verwertung der anderen Holzbestandteile. Im Vergleich zum derzeit industriell eingesetzten Holzaufschluss wollen wir neuartige und nachhaltigere Verfahren entwickeln und etablieren. Dadurch nämlich können Rohstoffe mit Eigenschaften gewonnen werden, die so bisher nicht auf dem Markt verfügbar sind. Ein Beispiel hierfür wäre schwefelfreies Lignin. Zusätzlich werden Rohstoffe erzeugt, die mit ihren Eigenschaften exakt an die spezifischen Anforderungen der anderen Forschungsfelder sowie deren Prozesse angepasst sind.
Unser Gedanke ist es, die Ressource Holz ganzheitlich zu nutzen – und nicht nur die Cellulose. Dabei produzieren wir hochwertiges Lignin, das für die weitere Umsetzung in beispielsweise Basischemikalien oder Aromastoffen geeignet ist.
Hintergrund: Lignin ist der einzige Naturstoff, der große Mengen an aromatischen Substanzen enthält. Bisher werden alle diese Stoffe aus Erdöl gewonnen. Darüber hinaus wollen wir modulare und kompaktere Holzaufschlussanlagen entwickeln, so dass Holzreste in Sägewerken vor Ort zu hochwertigen Produkten verwertet werden können.
In der Projektierung ist bereits ein druckloses Verfahren zum Aufschluss von Holz mit neuartigen Lösungsmitteln. Hier liegt der Fokus allen voran auf der Umsetzung von Laubhölzern. Zudem streben wir die effiziente Nutzung biologischer Verfahren an, beispielsweise durch den Einsatz von Enzymen, für die Aufspaltung von Holz und die Weiterverarbeitung der dadurch gewonnenen Produkte.
