ENGINEERINGNET.BE - In de industrie wordt lignine meestal als reststroom beschouwd die vooral voor energie(terug)winning is te gebruiken.
Dat gebeurt bijvoorbeeld via het Kraft-pulpproces in de papierindustrie, waarbij houtsnippers worden gekookt in een drukvat en behandeld met agressieve chemicaliën om er cellulose uit te winnen.
“De kwaliteit van de lignine is door zo’n proces zo aangetast dat er moeilijk een waardevolle toepassing voor te verzinnen is”, zegt onderzoeker Gijs van Erven van Wageningen University & Research.
“Maar er komt steeds meer interesse in het ontwikkelen van mildere scheidingsprocessen die de lignine minder aantasten, zodat het geschikt is voor hoogwaardige toepassingen.”
Bijvoorbeeld door het gebruik van Deep Eutectic Solvents (DES). Deze oplosmiddelen zijn niet giftig en relatief eenvoudig te produceren uit onder meer biobased chemicaliën.
Het proces vindt plaats onder mildere omstandigheden, vooral qua temperatuur, wat veel energie bespaart. Ook is de lignine van hogere kwaliteit.
Van Erven: “Wij hebben gekeken naar een mengsel van melkzuur en cholinechloride om Miscanthus te scheiden. Dit gewas staat model voor andere grasachtige gewassen, zoals maïs, stro en suikerriet."
"DES op basis van melkzuur en cholinechloride is ook toepasbaar voor hard- en zachthout, maar daarbij is een hogere temperatuur of een langere ontsluitingstijd nodig. Dat heeft impact op de ligninestructuur die je overhoudt. We zoeken naar een balans tussen de hoeveelheid lignine die we uit de grondstof halen, de zuiverheid daarvan en het intact houden van de structuur.”
Uit analyses met NMR-spectroscopie bleek dat een deel van de melkzuur en choline uit het oplosmiddel zich covalent aan de lignine bindt. Het was een uitdaging om deze chemische verbindingen op moleculair niveau aan te tonen, vanwege de heterogene structuur van lignine.
“We hebben bewezen dat de structuur in DES-ligninesamples uniek is: melkzuur en choline zijn als het ware ingebouwd. De eigenschappen van dit materiaal zijn anders dan die van traditionele lignines. Dat biedt nieuwe mogelijkheden."
"Zo kunnen we betere biocomposieten en coatings maken van PLA gemengd met DES lignine, omdat beide melkzuur bevatten. De positieve lading van choline maakt onze lignine ook meer geschikt voor waterige toepassingen, bijvoorbeeld als flocculant of oppervlakte-actieve stof voor de waterbehandeling.”
In een vervolgproject wordt samen met de industrie gekeken naar modificaties die lignine beter toepasbaar maken in olieachtige en waterige milieus. Ook wordt onderzocht hoe de oplosmiddelen zijn terug te winnen in het proces.
