Nylon aus Biomasse und Elektrochemie herstellen

Bisher wird Nylon aus Mineralöl hergestellt. Leipziger Forschern gelang es nun aus ungenutzten Biomasse-Resten mithilfe von Elektrochemie diesen Kunststoff im Labormaßstab herzustellen. Bis zur Praxisreife ist es noch ein weiter Weg.

Kunststoffe sind aus der textilen Welt nicht wegzudenken. „Polyamid ist nach Polyester das mengenmäßig zweitwichtigste synthetische Fasermaterial“, benennt Springer-Vieweg-Autor Dieter Veit in seinem Buchkapitel Polyamid auf Seite 681 die beiden wichtigsten Stoffgruppen.

Forscher des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) und der Universität Leipzig haben nun ein Verfahren entwickelt, um aus Phenol durch eine elektrochemische Synthese und den Einsatz von Mikroorganismen Adipinsäure herzustellen, einen der Grundstoffe für Polyamid, das unter dem Handelsnamen Nylon besser bekannt ist.

Abfall aus der Holzindustrie

Bisher wurde Adipinsäure aus fossilen Rohstoffen gewonnen, was umweltschädlich und energieintensiv ist. Das neue Verfahren ermöglicht es, Phenol durch Abfallstoffe aus der Holzindustrie zu ersetzen und biobasiertes Nylon herzustellen. Die Forschungsergebnisse wurden im Fachjournal „Green Chemistry“ veröffentlicht.

Polyamide werden häufig in verschiedenen Produkten eingesetzt. Ihre Herstellung aus fossilen Rohstoffen ist jedoch umweltschädlich. Das Ziel der Forscher ist es, die gesamte Nylon-Produktionskette umweltfreundlicher zu gestalten, indem sie biobasierte Abfälle als Ausgangsstoffe verwenden und den Syntheseprozess nachhaltig gestalten.

Das Verfahren der Wissenschaftler nutzt einen elektrochemischen Prozess, um Phenol in Cyclohexanol umzuwandeln, das anschließend von Bakterien in Adipinsäure umgewandelt wird.

Die Forscher konnten auch zeigen, dass Phenol durch Abfallstoffe wie Syringol, Catechol oder Guaiacol aus der Holzindustrie ersetzt werden kann. Diese Monomere, die als Abbauprodukte von Lignin anfallen, könnten eine umweltfreundliche Alternative zu phenolbasiertem Nylon bieten. Durch das Verfahren wurde eine Ausbeute von 57 Prozent erreicht. Die Ergebnisse basieren jedoch bisher auf Laborversuchen im Milliliter-Maßstab, und weitere Forschung ist erforderlich, um das Verfahren in den Litermaßstab zu übertragen.

Intelligente Kombination mehrerer Verfahren

Das Verfahren zur Herstellung von biobasiertem Nylon zeigt das Potenzial elektrochemisch-mikrobieller Prozesse, bei denen verschiedene Komponenten intelligent kombiniert werden können, um optimale Prozessketten zu schaffen.
 

Auch in anderen Industriebereichen forscht man an Ersatzstoffen für die Kunststoffproduktion. So haben Mercedes-Benz, BASF, WITTE Automotive und Pyrum einen Außentürgriff aus einem nachhaltigeren, massenbilanzierten Polyamid realisiert. Dabei wurden dem zertifizierten Kunststoffprodukt anstelle von fossilen Rohstoffen Pyrolyseöl aus Altreifen sowie Biomethan aus Abfällen der Agrar- und Lebensmittelindustrie zugeordnet. Dieses Beispiel wurde von den Springer-Autoren Oliver Geiger, Daniel Braun und Eleni Kougioumtzi in ihrem Zeitschriftenbeitrag Ersatz fossiler Rohstoffe - Anspruchsvolle Fahrzeugbauteile aus nachhaltigem Polyamid auf Seite 28 beschrieben.