Modificatie van lignine uit Miscanthus

Lignine is één van de biomoleculen die in de belangstelling staat als biobased grondstof door zijn hoge mate van beschikbaarheid in organisch materiaal en zijn aromatische karakter. Het vinden van geschikte toepassingen voor lignine is tot op heden een uitdaging voor het chemisch werkveld door de complexe structuur van lignine. Ondanks dat er al wel enige toepassingen van lignine beschreven zijn, zijn er nog relatief weinig commerciële toepassingen. Dit project moet gaan bijdragen aan het vergroten van de inzetbaarheid van lignine in commerciële toepassingen.
Miscancell is een startup bedrijf dat zich sinds 2016 bezig houdt met de bioraffinage van Miscanthus x giganteus (kortweg aangeduid als Miscanthus) om op een duurzame manier biobased grondstoffen te verkrijgen. Hierbij kan met name gedacht worden aan cellulose en lignine. Miscancell is al enige tijd betrokken bij het project “Grasfalt” waarbij het fossiele bitumen wordt vervangen door het biobased lignine. Uit praktijkstudies is echter gebleken dat het verkregen “lignine-asfalt” nog niet aan alle gewenste eisen voldoet. Om de toepassing van lignine in asfalt te optimaliseren, bijvoorbeeld om levensduur en eigenschappen zoals afwatering te verbeteren, en om de toepassingsmogelijkheden van lignine in het algemeen te verbreden, heeft Miscancell het HAN BioCentre benaderd om te werken aan lignine modificatie. Het uitgangspunt hierbij zal zijn om de hydroxylgroepen te modificeren met biobased componenten en daarmee de functionaliteit te beïnvloeden. Hierbij zal in eerste instantie gekeken worden naar veresteringsreacties met vetachtige verbindingen. Het project beoogt dan ook het modificeren van uit Miscanthus verkregen lignine, en het evalueren van de chemische eigenschappen voor en na modificaties. Tevens zal bekeken worden welke andere toepassingsgebieden realiseerbaar zijn. De ontwikkelde methoden zullen blijvend bijdragen aan de valorisatie van lignine en daarmee aan de doelstelling van Nederland om in 2050 volledig circulair te zijn.

Eindrapportage

Lignine is één van de meest beschikbare biomoleculen ter wereld maar het aantal toepassingen is tot op
heden nog beperkt. Eén van de huidige commerciële toepassingen van lignine is als vervanging van bitumen
in asfalt. Tenminste 30-40% van de bitumen kan vervangen worden door lignine, maar om het product nog
meer biobased te maken, is het wenselijk om een hoger percentage bitumen te kunnen vervangen. Om dit te
bereiken is deze studie uitgevoerd door het HAN BioCentre in samenwerking met het bedrijf Miscancell en
Lund University (Zweden). Het doel van het project was om lignine te modificeren zodat lignine meer
waterafstotende eigenschappen zou krijgen zodat het meer geschikt zou worden om bitumen te vervangen.
Daarnaast moest modificatie ertoe leiden dat lignine breder toepasbaar zou worden.
Dit project heeft laten zien dat modificatie van lignine met lipide-achtige moleculen mogelijk is en dat door de
modificatie de fysisch-chemische eigenschappen veranderen. De resultaten behaald met lignine uit
Miscanthus en commercieel verkrijgbaar lignine verschillen van elkaar. Waarschijnlijk heeft dit te maken met
de deeltjesgrootte en molecuulgewicht van de lignine. Op basis van een literatuuronderzoek is
geconcludeerd dat modificaties met ander type moleculen zoals suikers niet haalbaar zijn. Analytische
methodes om de modificaties te kunnen volgen zijn ontwikkeld. Hierbij moet onderscheid gemaakt worden
tussen de analyse van oplosbaar en onoplosbaar gemodificeerd lignine. De uiteindelijke effecten van de
modificaties in asfalt moeten nog onderzocht worden.