URBANA-CHAMPAIGN, 3. September (LabNews Media LLC) – Mit Schallwellen angeregte Wassertröpfchen wandeln Kraft-Lignin, ein Abfall der Zellstoffindustrie, bei Raumtemperatur in rund 20 Minuten in ein kleineres, redoxaktives Molekül um. Das berichten Forschende um Joaquín Rodríguez-López von der University of Illinois Urbana-Champaign in Small (DOI: 10.1002/smll.74934). Katalysatoren aus Seltenen Erden und hohe Temperaturen entfallen. Ob sich der Ansatz in der Mühle rechnet, ist offen.
Weltweit fallen jährlich mehr als 50 Millionen Tonnen Kraft-Lignin an, wenn Lignin aus der Schwarzlauge der Papierherstellung abgetrennt wird. Über 90 Prozent werden vor Ort verbrannt, um Chemikalien zurückzugewinnen und Energie zu erzeugen. Das dunkle Pulver wurde im Labor mit Öl, Wasser und Säure beschallt. Es entstehen sonifizierte emulsive Wasser-Mikrotröpfchen (SEWM). Mikrotröpfchenchemie beschleunigt Reaktionen gegenüber der Bulk-Lösung und kann reaktive Sauerstoffspezies wie Wasserstoffperoxid ohne Zusatzkatalysator bilden. Etwa 56 Prozent des Biopolymers gingen in ein kleineres Produkt über; das Team nennt das gegenüber früheren Depolymerisationen eine hohe Ausbeute an einem ausgewählten Stoff.
Das Produkt SEMILL-A (Sonicated Emulsive Microdroplet) ist als oranges Pulver redoxaktiv und pH-empfindlich: Es kann Elektronen aufnehmen und abgeben. Das macht es für Energiespeicher, etwa Redox-Flow-Batterien, interessant – als Eigenschaft, nicht als fertige Zelle. Bestätigt wurde die Struktur unter anderem mit Infrarot, ein- und zweidimensionaler NMR, hochauflösender Massenspektrometrie, Chromatographie und Elektrochemie. Argonne National Laboratory lieferte Simulationen von Molekülmotiven.
Mitautoren sind unter anderem Supriya Das, Jeffrey Moore, Jonathan Sweedler (Illinois) und Charles Schroeder (Princeton). Das Projekt DROPLETS am Beckman Institute wird vom US-Energieministerium gefördert. Unklar bleibt, wie die Nitrierung und neuen funktionellen Gruppen entstehen und welche Reaktionsführung gezielt Batteriemoleküle liefert. Laborausbeute in 20 Minuten ersetzt keine Tonnenbilanz einer Papierfabrik.
