Lehrgebiet für Bioverfahrenstechnik (BioVT)

Katalyse im Zentrum nachhaltiger Verfahren der Chemie

Die derzeit eingesetzten Verfahren zur Herstellung chemisch-technischer Produkte aus Lignocellulose-haltigen Rohstoffen wie z.B. Holz sind nahezu ausschließlich auf die Gewinnung von Zellstoff ausgerichtet und fokussieren weniger auf eine vollständige Nutzung aller Inhaltstoffe. Insbesondere das bei den momentanen Prozessen anfallende Lignin wird nur unzureichend verwendet (z.B. Energiegewinnung durch Verbrennung). Lignin ist neben Cellulose der Hauptbestandteil des Holzes und somit ein Rohstoff, der in großen Mengen vorhanden ist. Lignin wird im Wesentlichen unter natürlichen Bedingungen durch radikalische Polymerisation von Coumaryl-, Coniferyl- und Sinapylalkoholen gebildet. Dabei entsteht ein Netzwerk von C-O- und C-C-verknüpften Bausteinen, somit stellt Lignin eines der wichtigsten Biopolymere dar. Um eine effiziente Nutzung von Lignin zu erreichen, werden bioverfahrenstechnische Methoden eingesetzt. Selektive Oxidationsreaktionen, die aliphatische OH-Gruppen oxidieren sowie zu Etherspaltungen führen, sind Bestandteil dieser Methoden. Auf diese Weise lässt sich die Ligninstruktur selektiv angreifen und abbauen, was zu hydroxylierten und methoxylierten Aromaten führt (z.B. Vanillin), die als wertvolle Ausgangsverbindungen für chemische und pharmazeutische Industrie von großem Interesse sind.

Verschiedene Enzyme aus der Gruppe Laccasen und Peroxidasen (Mangan-, Ligninperoxidase) sind in der Lage Lignin entweder oxidativ abzubauen oder in radikalischer Reaktion zu polymerisieren. Darüber hinaus können verschiedene Pilze aus der Gruppe der Basidiomyceten, eingesetzt werden, die Lignin verstoffwechseln. In Kooperation mit den Arbeitsgruppen (AG Thiel, AG Hartung, AG Ernst, FB Chemie, TU Kaiserslautern) aus der Chemie sollen chemischen Katalysatoren untersucht werden, inwiefern die Kombinationen mit Enzymsystemen das entsprechend aktiviertes Lignin in seine Monomere aufspalten lässt, geeignet sind. Dabei sollen die entstandenen Fragmente des Lignins mittels MALDI-MS und NMR untersucht werden.

Kooperationspartner

Prof. S. Ernst † (TUK)

Prof. J. Hartung (TUK)

Prof. W. Thiel (TUK)

StatusAbgeschlossenes Projekt
FördermittelgeberStiftung Rheinland-Pfalz für Innovation
Förderzeitraum04/2007 - 03/2009
Fördernummer961-386261/818

Veröffentlichungen und Tagungsbeiträge

  • D. Wischang, J. Hartung, T. Hahn, R. Ulber, T. Stumpf, C. Fecher-Trost; Vanadate(V)-dependent Bromoperoxidase immobilized on Magnetic Beads as Reusable Catalyst for Oxidative Bromination; Green Chemistry 13 (2011) 102-108
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