Brug af lignin til at erstatte fossile materialer

Kuglelignende ligninpartikler udviklet af forskere åbner helt nye muligheder for udnyttelse af lignin.

Plastik er overalt. Massive pramme af plastikaffald flyder i vores have. En plastikpose og andet plastikaffald er endda blevet fundet i den næsten 11 kilometer dybe Mariana-grav, det dybeste kendte punkt i verdenshavene.

Plastaffald er en af ​​de største forurenende stoffer, der truer vores have, søer og fødekæde. Over en tredjedel af affaldet består af mikroplastik, partikler, der er mindre end fem millimeter store. Ifølge talrige skøn, i 2050 vil der være mere plastik end fisk i havene. Kan vi på nogen måde påvirke denne tendens – kan fossile materialer, der bruges som råmaterialer til plastik, erstattes med biologisk nedbrydelige muligheder?

"Lignin er et glimrende alternativ som erstatning for fossile materialer. Det er skabt som et biprodukt af pulp. Cellulose er et almindeligt materiale, som ofte diskuteres og forskes i, men lignin har ikke fået så meget opmærksomhed", svarer professor Monika Österberg.

Yderligere forarbejdning ser et ti-fold spring i værdi
Österberg, en professor i bioproduktkemi vil ændre verden. Klimaopvarmning, udtømning af fossilbaserede råstoffer, befolkningstilvækst og stigende affaldsproblemer har øget behovet for vedvarende materialer og produkter, der vil nedbrydes biologisk.

Fremme af cirkulær økonomi er meget vigtig med hensyn til at sikre tilstrækkelige ressourcer og mere effektiv udnyttelse heraf. Lignin, som er et klæbemiddel til træfibre, er primært blevet brændt som energi på grund af sin høje varmeværdi. Imidlertid, dets potentiale på markedet er meget mere alsidigt. Interessen for videreforarbejdede produkter er vokset hurtigt. Værdien af ​​raffineret lignin kan være ti gange værdien af ​​brændt lignin.

Hvad er lignin så egnet til? Lignin dåse

• helt eller delvist erstatte phenol formaldehyd harpiks klæbemidler, der anvendes i krydsfiner, hardboard, spånplade og laminat
• være et råmateriale til biokemikalier og funktionelle belægninger, som forbedrer, for eksempel, vejrets holdbarhed
• være et råmateriale til kulfiber i, for eksempel, biler og fly, samt et materiale i produktion af bioplast og flydende brændstoffer.

Måderne, hvorpå lignin kan bruges, menes at være næsten ubegrænsede. Hvorfor er der så stadig så få ligninbaserede produkter på markedet?

Et udfordrende materiale at forske i

"Lignins potentiale er blevet forsket i årevis. Lignin er en kompleks naturlig polymer, og dens struktur er udfordrende. Af denne grund, dets anvendelse og forarbejdning til produkter er vanskelig", oplyser Österberg.

I maj 2018, det to år lange COLIAD-projekt (COLIAD, Kolloide lignin-lim og -belægninger) finansieret af Business Finland sluttede. I løbet af projektet, forskere fra Aalto University og VTT Technical Research Center i Finland undersøgte med støtte fra virksomheder lignins potentiale som et meget raffineret bioprodukt, der kunne produceres i store mængder.

Forskere var i stand til at bruge en simpel metode til at udvikle kuglelignende kolloide ligninpartikler (CLP) fra lignin. Partiklerne er jævne i deres overfladekarakteristika og størrelse, mens lignin er kompleks i struktur og sammensætning. Disse partikler, som er cirka to hundrede nanometer store, kan let blandes med vand eller andre medier, og deres overfladekemi er let at forme, så den er velegnet til forskellige anvendelser. Da deres produktion er så enkel, ligninpartikler er velegnede til masseproduktion.

Et andet formål med projektet var at støbe lignin partikler, så de er velegnede til brug i høj kvalitet, holdbare og økonomiske trælim og belægningsapplikationer. Resultaterne var lovende. Det viste sig, at phenol i lim til dels kunne erstattes med ligninpartikler, og de viste sig at have et stort potentiale i belægninger som en form for UV-beskyttelse.

Imidlertid, mere forskning samt produkttilpassede kommercialiseringsplaner er nødvendige, før konkurrencedygtige produkter kan sættes på markedet.

Flere udnyttelsesmuligheder med ligninpartikler

Der er lært meget om produktion og støbning af ligninpartikler under COLIAD-projektet. Anvendelsen af ​​lignin i dets kolloide form, betyder i små partikler under en mikrometer i størrelse, er stadig ny, og de bedste applikationer er uden tvivl stadig at finde.

"De nye anvendelsesområder, der er lettet af disse kuglelignende partikler, omfatter bærere inden for farmaceutisk transport, vandbehandling og biokatalysatorer. Vi publicerede en artikel om undersøgelsen af ​​disse for noget tid siden i Naturkommunikation . Det arbejde, der nu er sat i gang, skal fremme den fremtidige forskning i ligninpartikler og kommercialisering af produkter. Fremstillingen af ​​disse partikler er allerede mulig i partier på flere kilogram, hvilket gør det muligt at teste dem i forskellige applikationer. Dette kan vise sig at være en konkurrencefordel på det globale marked for finske virksomheder og en mulighed for at skabe nye forretninger og job."

Forureningen af ​​vand fra plastaffald har givet anledning til stor bekymring. Problemet kan begrænses ved at øge brugen af ​​vedvarende råvarer, såsom lignin, i emballage og tekstiler samt ved at forbedre den effektive genanvendelse af disse materialer. Ligninpartikler giver endnu flere muligheder for udnyttelse af lignin. Det er derfor en professor, der drømmer om at ændre verden, har udvalgt dem som sit forskningsområde.