Lignin wird zu wertvollen Amiden – Forschenden gelingt nachhaltiger Durchbruch
Die Verwertung erneuerbarer Ressourcen und das Recycling/die Aufwertung von Abfallstoffen sind ein wesentlicher Aspekt für die Verwirklichung von Nachhaltigkeit und die Ermöglichung einer Kreislaufwirtschaft. Insbesondere die katalytische Verwertung von Rohstoffen auf Biomassebasis stellt eine entscheidende Technologie dar, die die Grundlage für eine nachhaltige und erneuerbare Produktion von chemischen Produkten und Biokraftstoffen bildet. In diesem Zusammenhang werden erhebliche Anstrengungen unternommen, um Rohbiomasse unter Anwendung verschiedener katalytischer Verfahren in eine Vielzahl von Produkten umzuwandeln.
Vom Abfallprodukt zum Wertstoff: Lignin fällt in großen Mengen bei der Papier‑, Zellstoff- und Bioethanolproduktion an. Es ist nach Zellulose das zweithäufigste Biopolymer der Erde – und bislang zu wenig genutzt. In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Zunyi Medical University, Zunyi, Nanjing Forestry University, Guangzhou Institute of Energy Conversion und der VSB-Technical University of Ostrava zeigt das Team am LIKAT nun, wie sich dieser komplexe Pflanzenstoff effizient verwerten lässt. „Statt Lignin zu verbrennen, können wir es in wertvolle chemische Produkte verwandeln“, erklärt Dr. Zhuang Ma, einer der Erstautoren der Studie. „Unser Verfahren kommt ohne giftige Reagenzien aus und läuft unter milden Bedingungen.“ Ergänzt Prof. Xinmin Li, Mitbetreuer dieser Arbeit.
Einzelatomkatalysatoren machen’s möglich: Kern der Innovation ist ein Katalysator, in dem Kobalt-Atome einzeln in einer Kohlenstoffmatrix verankert sind. Diese sogenannten Einzelatomkatalysatoren sind äußerst aktiv und ermöglichen eine präzise, selektive Umwandlung des Lignins. Der Prozess besteht aus zwei Schritten die direkt in einem Reaktionsgefäß durchgeführt werden können: Zuerst wird Lignin mithilfe von Sauerstoff in Carbonsäuren zerlegt. Dann reagieren diese anschließend mit Ammoniak oder Aminen zu aromatischen Amiden. So entstehen Produkte, die heute meist noch aufwendig aus fossilen Rohstoffen gewonnen werden.
Starke Leistung – auch bei echtem Holz: Sogar aus gewöhnlichen Kiefernholzspänen konnte das Team vielfältig nutzbare aromatische Amide gewinnen – und das mit einer Ausbeute, die nahe an die theoretischen Maximalwerte herankommt. Zudem lässt sich der Katalysator bis zu sechs Mal wiederverwenden, ohne an Aktivität zu verlieren. „Unsere Forschung schafft eine Grundlage für eine wirklich erneuerbare Produktion wichtiger chemischer Bausteine. Das ist ein wichtiger Schritt hin zu einer nachhaltigen Kreislaufchemie“, sagt Prof. Jagadeesh Rajenahally.
Veröffentlichung und Förderung: Die Ergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications (2025, 16, 3476) veröffentlicht und durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) sowie das EU-Projekt EHLCATHOL unterstützt.
Originalpublikation: Z. Ma, Z. Chen, Z. Yuan, C. Ren, B. Zhang, Y. Cui, X. Li, R. V. Jagadeesh, M. Beller. Nature Communications 2025, 16, 3476. (DOI: 10.1038/s41467-025 – 58559‑y) Synthesis of aromatic amides from lignin and its derivatives.