Wort der Woche
BEGRIFFE DER WISSENSCHAFT
Es ist eine der häufigsten Substanzen auf der Welt – und dennoch wird Lignin kaum stofflich genutzt. Die Forschung eröffnet indes immer mehr interessante Möglichkeiten.
Lignin zählt neben Zellulose und Chitin zu den häufigsten organischen Verbindungen auf der Welt: Man schätzt, dass Pflanzen jährlich rund 20 Milliarden Tonnen Lignin produzieren – und zwar als Stützsubstanz, die in verholzten Pflanzenteilen in die Zellwände eingelagert wird und die Zellulosefasern wie ein Kitt zusammenhält. Stroh besteht zu knapp 20 Prozent aus Lignin, Holz sogar aus bis zu 30 Prozent. Angesichts dieser Zahlen ist es verwunderlich, dass der Mensch diesen Rohstoff nicht stärker nutzt: Nur zwei Prozent des Lignins, das bei der Zellstoffproduktion von der Zellulose abgetrennt wird, werden stofflich verwertet (etwa zur Herstellung von Vanillin). Der Großteil wird verheizt.
Der Grund dafür liegt in der Zusammensetzung: Lignin ist ein sehr stabiles, kompliziert aufgebautes und stark verzweigtes Polymer aus phenolischen Molekülen. Es bildet eine amorphe und wasserabweisende („hydrophobe“) Masse, die bei der Papierproduktion nur unter harschen Bedingungen aufgelöst werden kann. Die Bestandteile – also die unterschiedlichen Phenolmoleküle – sind sehr interessante Substanzen mit hohem Potenzial für viele Anwendungen. Und angesichts der Bestrebungen, von Erdölprodukten unabhängig zu werden, wird derzeit sehr viel geforscht. An der TU Wien z. B. wird an einem Verfahren zur Umwandlung von Lignin in ein „Bio-Öl“gearbeitet, aus dem biogene Treibstoffe hergestellt werden können. Im COMET-Projekt Flippr wird Lignin u. a. in einen natürlichen Klebstoff verwandelt, Boku-Forscher stellen aus Lignin hitzestabile Beschichtungen her.
Der Ideen damit aber noch nicht genug: USForscher haben kürzlich berichtet, dass sich Lignin hervorragend als Ausgangsstoff für biologisch abbaubare Materialien für 3-D-Drucker eignet (Science Advances, 14. 12. 2018). Und dieser Tage ließ die bayerische Firma CMBlu damit aufhorchen, dass sie die organischen Ringmoleküle aus dem Lignin für die Speicherung von elektrischem Strom nutzt. Aufgrund des Konstruktionsprinzips (Redox Flow) können solche Batterien theoretisch mit unbegrenzt großer Kapazität gebaut werden. Und das Beste daran: Sie benötigen keine giftigen und knappen Metalle (wie etwa Lithium), sondern ausschließlich Materialien, die ohnehin in der Gegend herumstehen. Und nicht genutzt werden.
Es wird wohl noch einige Zeit dauern, bis derartige Innovationen praxistauglich sind. Aber spätestens, wenn Erdöl knapp und teuer wird, wird die Stunde für solche Biomaterialien kommen. Der Autor leitete das Forschungsressort der „Presse“und ist Chefredakteur des „Universum Magazins“.