Durch die Verknüpfung der Biomassestruktur mit thermischen Reaktionswegen zeigt die Forschung, wie mannanreiche Materialien selektiv in industriell relevante Verbindungen wie Levomannosan und 5-Hydroxymethylfurfural umgewandelt werden können, was einen nachhaltigen Weg zur Abfallverwertung bietet.
Landwirtschaftliche und handwerkliche Abfälle werden oft als geringwertige Rückstände angesehen, doch viele enthalten hochgeordnete Kohlenhydrate mit erheblichem Potenzial für die Umwandlung in Mehrwertchemikalien. Biomasse gilt weithin als erneuerbare und kohlenstoffneutrale Ressource zur Herstellung von Kraftstoffen und Chemikalien, und unter den thermochemischen Technologien hat die Pyrolyse aufgrund ihrer Fähigkeit, feste Biomasse in sauerstoffreiches flüssiges Bioöl umzuwandeln, große Aufmerksamkeit erregt. Aufgrund der strukturellen und kompositorischen Vielfalt der Biomasse-Rohstoffe bleibt es jedoch weiterhin eine Herausforderung, die Pyrolyse gezielt auf hochwertige Produkte auszurichten. Aus Palmen gewonnene Kunsthandwerksmaterialien wie Tagua-Nüsse und Bodhi-Wurzeln sind besonders vielversprechend, da sie reich an Holocellulose, arm an Lignin und Asche sind und von Mannan dominiert werden, einer Hemicellulose, die wertvolle Anhydrozucker und Furanderivate liefern kann, obwohl die Struktur-—-Reaktionsbeziehung bestehen geblieben ist kaum verstanden.
A Studie (DOI:10.48130/een-0025-0020) Veröffentlicht in Energie- und Umwelt-Nexus Am 15. Januar 2026 klärt das Team von Ji Liu und Qiang Lu, die North China Electric Power University, die Struktur-–reaction–-Produktbeziehung von handwerklichen Abfällen aus mannanreichen Palmen auf und bietet eine wissenschaftliche Grundlage für deren selektive Umwandlung in hochwertige Anhydrozucker durch optimierte Pyrolyse.
Die Studie verwendete einen umfassenden, multitechnischen experimentellen Ansatz, um die Rohstoffstruktur systematisch mit dem Pyrolyseverhalten und der Produktbildung zu verknüpfen. Zunächst wurden End- und Nahanalysen, Komponentenanalysen und Rasterelektronenmikroskopie (REM) verwendet, um die Elementzusammensetzung, Ascheeigenschaften, Kohlenhydratverteilung und Oberflächenmorphologie von Tagua-Nüssen und Bodhi-Wurzeln zu charakterisieren. Diese Methoden ergaben, dass beide Materialien kohlenhydratreich sind, mit außergewöhnlich hohen Holocellulosegehalten und Mannan-dominierten Monosaccharidprofilen. Anschließend wurde Thermogravimetrie gekoppelt mit Infrarotspektroskopie (TG-FTIR) angewendet, um die thermische Zersetzung und die Entwicklung flüchtiger Stoffe während der kontrollierten Erwärmung unter Stickstoff zu verfolgen, während die Infrarot-Fourier-Transformationsspektroskopie (DRIFT) mit diffuser Reflexion vor Ort Strukturtransformationen in der Festphase überwachte. Um Produktverteilung und Temperatureffekte aufzulösen, Pyrolyse–gaschromatographie/Massenspektrometrie (Py-GC/MS) ermöglichte eine schnelle Online-Identifizierung flüchtiger Produkte und ergänzende Festbettpyrolyseexperimente im Labormaßstab quantifizierten die Feststoff-, Flüssigkeits- und Gasausbeuten bei längeren Verweilzeiten. Die Ergebnisse zeigten, dass sich beide Rohstoffe über drei Stufen zersetzten, wobei ein schneller Mannan-Abbau zwischen 180 und 380 °C und maximale Massenverlustraten bei ~301–302 °C auftraten, was mit Hemizellulose vom Mannan-Typ übereinstimmt. Hohe flüchtige Gehalte förderten die Flüssigkeitsbildung, während höhere Aschewerte in der Bodhi-Wurzel die Sekundärrissbildung und die Gasproduktion steigerten. Py-GC/MS ergab, dass Anhydrozucker und Furane das Produktspektrum dominierten, wobei Levomannosan (LM) über 90% der Anhydrozucker ausmachte und maximale Ausbeuten von 11,2 Gew.-% für Tagua-Nüsse (600 °C) und 10,9 Gew.-% für Bodhi-Wurzeln erreichte (500 °C). Die Festbettpyrolyse bestätigte, dass die Bioölausbeute mit 600 °C ihren Höhepunkt erreichte und dass eine längere Hochtemperaturexposition LM durch sekundäre Zersetzung reduzierte und gleichzeitig die Gasbildung begünstigte. Mechanistisch Durch Mannan-Depolymerisation und Transglykosylierung entstand LM als Schlüsselzwischenprodukt, gefolgt von Dehydratisierung und Bindungsspaltung unter Bildung von Furanen und Gasen. Zusammengenommen stellen diese Ergebnisse eine klare Struktur-–reaction–produkt-Beziehung her und identifizieren optimale Temperaturfenster für die selektive Herstellung von LM aus mannanreichen Palmabfällen.
Die Ergebnisse legen eine klare Struktur-–reaction–-Produktbeziehung für mannanreiche Biomasse fest. Palmhandwerksabfälle, die oft weggeworfen oder nicht ausreichend genutzt werden, können als effiziente Rohstoffe für die Herstellung hochwertiger Plattformchemikalien dienen. Levomannosan und 5-Hydroxymethylfurfural sind wichtige Zwischenprodukte für biobasierte Polymere, Harze, Lösungsmittel und Kraftstoffadditive. Diese Arbeit beleuchtet einen praktischen Weg zur Integration der Abfallbewirtschaftung in die Produktion umweltfreundlicher Chemikalien.
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