Door onderzoekers ontwikkelde bolvormige ligninedeeltjes openen geheel nieuwe mogelijkheden voor het gebruik van lignine.

Kunststof is overal. Enorme schuiten met plastic afval drijven in onze zeeën. In de bijna 11 kilometer diepe Marianentrog zijn zelfs een plastic zak en ander plastic afval gevonden. het diepst bekende punt in de wereldzeeën.

Plastic afval is een van de grootste vervuilers die onze oceanen bedreigt, meren en voedselketen. Meer dan een derde van het afval bestaat uit microplastics, deeltjes die kleiner zijn dan vijf millimeter. Volgens talrijke schattingen in 2050 zal er meer plastic dan vis in de zeeën zijn. Kunnen we deze trend op enigerlei wijze beïnvloeden - kunnen fossiele materialen die worden gebruikt als grondstof voor plastic worden vervangen door biologisch afbreekbare opties?

"Lignine is een uitstekend alternatief als vervanging voor fossiele materialen. Het ontstaat als bijproduct van verpulping. Cellulose is een veelgebruikt materiaal dat vaak wordt besproken en onderzocht, maar aan lignine is niet zoveel aandacht besteed", antwoordt professor Monika Österberg.

Verdere verwerking zorgt voor een tienvoudige sprong in waarde
sterberg, een hoogleraar Bioproductchemie wil de wereld veranderen. Klimaatopwarming, de uitputting van fossiele grondstoffen, bevolkingsgroei en toenemende afvalproblemen hebben de behoefte aan hernieuwbare materialen en producten die biologisch afbreekbaar doen toenemen.

De bevordering van de circulaire economie is van groot belang om te zorgen voor voldoende middelen en een effectiever gebruik ervan. lignine, dat is een lijm voor houtvezels, vanwege de hoge stookwaarde voornamelijk als energie verbrand. Echter, het potentieel op de markt is veel veelzijdiger. De belangstelling voor verder verwerkte producten is snel gegroeid. De waarde van geraffineerde lignine kan tien keer zo hoog zijn als die van verbrande lignine.

Waar is lignine dan allemaal voor geschikt? Lignine kan

• fenol-formaldehydeharslijmen die in multiplex worden gebruikt, gedeeltelijk of volledig vervangen, hardboard, spaanplaat en laminaat
• een grondstof zijn voor biochemicaliën en functionele coatings, die verbeteren, bijvoorbeeld, weerbestendigheid
• een grondstof zijn voor koolstofvezel in, bijvoorbeeld, auto's en vliegtuigen, evenals een materiaal bij de productie van bioplastics en vloeibare brandstoffen.

Er wordt aangenomen dat de manieren waarop lignine kan worden gebruikt bijna onbeperkt zijn. Waarom zijn er dan nog zo weinig op lignine gebaseerde producten op de markt?

Een uitdagend materiaal om te onderzoeken

"Het potentieel van lignine wordt al jaren onderzocht. Lignine is een complex natuurlijk polymeer, en de structuur ervan is uitdagend. Om deze reden, het gebruik en de verwerking tot producten is moeilijk", sterberg stelt.

In mei 2018, het twee jaar durende COLIAD-project (COLIAD, Colloïdale Lignine lijmen en coatings) gefinancierd door Business Finland kwam een ​​einde aan. Tijdens het project, onderzoekers van Aalto University en VTT Technical Research Centre van Finland met de steun van bedrijven onderzochten het potentieel van lignine als een zeer verfijnd bioproduct dat in grote volumes kan worden geproduceerd.

Onderzoekers hebben met succes een eenvoudige methode kunnen gebruiken om uit lignine balachtige colloïdale ligninedeeltjes (CLP) te ontwikkelen. De deeltjes zijn zelfs in hun oppervlaktekenmerken en grootte, terwijl lignine complex van structuur en samenstelling is. Deze deeltjes, die ongeveer tweehonderd nanometer groot zijn, kan gemakkelijk worden gemengd met water of andere media, en hun oppervlaktechemie is gemakkelijk te vormen, dus het is geschikt voor verschillende toepassingen. Omdat hun productie zo eenvoudig is, ligninedeeltjes zijn zeer geschikt voor massaproductie.

Een tweede doelstelling van het project was het vormen van ligninedeeltjes, zodat ze geschikt zijn voor gebruik in hoogwaardige, duurzame en economische houtlijm- en coatingtoepassingen. De resultaten waren veelbelovend. Het bleek dat fenol in lijmen deels vervangen kon worden door ligninedeeltjes, en ze bleken een groot potentieel te hebben in coatings als een vorm van UV-bescherming.

Echter, er zijn meer onderzoek en op het product afgestemde commercialiseringsplannen nodig voordat concurrerende producten op de markt kunnen worden gebracht.

Meer benuttingsmogelijkheden met ligninedeeltjes

Tijdens het COLIAD-project is veel geleerd over de productie en vorming van ligninedeeltjes. Het gebruik van lignine in zijn colloïdale vorm, betekenis in kleine deeltjes kleiner dan een micrometer groot, is nog nieuw, en de beste toepassingen zijn ongetwijfeld nog te vinden.

"De nieuwe toepassingsgebieden die deze bolvormige deeltjes mogelijk maken, zijn onder meer dragers in het transport van geneesmiddelen, waterbehandeling en biokatalysatoren. Over de studie hiervan hebben we enige tijd geleden een artikel gepubliceerd in Natuurcommunicatie . Het werk dat nu is gestart, zal het toekomstige onderzoek van ligninedeeltjes en de commercialisering van producten bevorderen. De productie van deze deeltjes is al mogelijk in batches van enkele kilogrammen, waardoor ze in verschillende toepassingen kunnen worden getest. Dit zou een concurrentievoordeel kunnen zijn op de wereldmarkt voor Finse bedrijven en een kans om nieuwe bedrijven en banen te creëren."

De vervuiling van water door plastic afval heeft tot veel zorg geleid. Het probleem kan worden beperkt door meer gebruik te maken van hernieuwbare grondstoffen, zoals lignine, in verpakkingen en textiel en door de effectieve recycling van deze materialen te verbeteren. Ligninedeeltjes bieden nog meer mogelijkheden voor het gebruik van lignine. Dit is de reden waarom een ​​professor, die ervan droomt de wereld te veranderen, heeft ze geselecteerd als haar onderzoeksgebied.