In einer Raffinerie wird – wie zum Beispiel bei der Verarbeitung von Rohöl – ein Rohstoff in seine Bestandteile aufgetrennt und separat verwertet. Genau genommen geht es dabei um die Veredelung des jeweiligen Rohstoffes. Wird Biomasse aufgetrennt, spricht man von einer Bioraffinerie. Aus dem Rohstoff Holz beziehungsweise aus seinen Inhaltsstoffen kann dabei eine Fülle an Produkten hergestellt werden. Die nachfolgende Auflistung soll einen Überblick über die Produktvielfalt geben. Dabei wird weder nach Aufschlussprozess noch nach Holzart unterschieden, da dies zu komplex geworden wäre. Viele Produkte aber ergeben sich erst aus ganz bestimmten Kombinationen, für Tallöl zum Beispiel muss Kiefernholz mithilfe des Sulfatverfahrens aufgeschlossen werden, im Sulfitprozess wird aus Nadelholz das Lignin gewonnen, das dann in einer weiteren chemischen Reaktion zu Vanillin umgesetzt wird. Buche hat keine nennenswerten Extraktstoffe und wird daher in diesen Bereichen auch nicht verwertet.
Hemizellulosen
Anteil je nach Baumart: 15 bis 30 Prozent
Der Begriff Hemizellulosen beschreibt eine Gruppe von Verbindungen, die aus verschiedenen Zuckerbausteinen aufgebaut sind. Darunter sind Zucker wie Galactose und Mannose (so genannte Sechserzucker, weil sie sechs Kohlenstoffatome haben), Arabinose und Xylose (Fünferzucker). Welche dieser Zucker in welchen Mengen vorkommen, hängt von der Pflanzenart ab. Hemizellulosen sind verzweigte Polysaccharide (Vielfachzucker), die in der Natur der Zellwand als Kleb- und Stützstoff sowie als Reservestoffe dienen. Kommerzielle Verwendung finden hier hauptsächlich Produkte aus der Xylose (Einfachzucker) beziehungsweise aus Xylan (Polysaccharid). Xylose kann als Nahrungsmittelzusatz oder nach Umwandlung in Xylit als Zusatzstoff in Zahnpasta und Kaugummis eingesetzt werden. Xylit ist antibakteriell und wirkt damit auch gegen Karies. Das Polysaccharid Xylan wird nach Umwandlung in Xylansulfat als Mittel gegen Thrombose eingesetzt.
Lignin
Anteil je nach Baumart: 10 bis 30 Prozent
Lignin ist ein Netzwerk aus aromatischen Verbindungen, das in der Natur dem Holz als Gerüststruktur dient und ihm Schutz vor Fraßfeinden bietet. Beim Holzaufschluss – zum Beispiel für die Zellstoff- und Papierherstellung – wird dieses Netzwerk in kleinere Bruchstücke zerlegt, die dann in der entsprechenden Prozessflüssigkeit vorliegen. Dabei ist zu beachten, dass die verschiedenen Einzelbausteine des Lignins zwar eine große Ähnlichkeit aufweisen, aber eben nicht ganz gleich sind. Für hochpreisige Anwendungen werden aber immer die gleichen Bausteine benötigt. Für die Nutzung der beim Holzaufschluss gewonnenen Bruchstücke gibt es verschiedene Möglichkeiten. Erstens können die Prozessflüssigkeiten mehr oder weniger so verwendet werden, wie sie sind, zum Beispiel als Betonverflüssiger oder als Zusatz für Tierfutterpellets. Zweitens können Ligninbruchstücke chemisch verändert werden, indem zum Beispiel Stickstoff eingeführt wird. Diese so genannten N-Lignine werden dann als Bodenverbesserer und Langzeitdünger eingesetzt. Wird Lignin noch weiter abgebaut, lässt sich daraus neben anderen Stoffen Vanillin als Aromastoff gewinnen. Allerdings ist die Ausbeute von 5 bis 10 Prozent des Ausgangsmaterials bei diesem Verfahren gering. Eine letzte Variante der Ligninnutzung ist jene zur Energiegewinnung. Mit dieser Energie wird die Herstellung von Zellstoff, Papier und Fasern betrieben.
Zellulose
Anteil je nach Baumart: 25 bis 50 Prozent, in der Baumwollkapsel sogar 95 Prozent
Zellulose ist ein unverzweigtes Polysaccharid, das aus mehreren zehn- bis hunderttausend Glukosebausteinen (Glukose = Traubenzucker) aufgebaut und Hauptbestandteil der Pflanzen ist. In der Natur übernimmt Zellulose in der Regel Stützfunktionen und kommt außerdem in Bakterien (Bakterienzellulose) und Manteltieren (Tunicin), primitiven Meeresbewohnern, vor. Für Zellulose sind im Gegensatz zur Hemizellulose viele Anwendungen etabliert: Papier, Pappe, Karton, Fasern für Textilien, aber auch für Verbandstoffe, Damenhygiene, Bettwäsche, Putztücher, Zellophan und vieles mehr. Durch eine einfache chemische Reaktion kann Zelluloseäther oder -ester hergestellt werden. Der bekannteste Zelluloseester ist das Zelluloseacetat, das beispielsweise als Innenfutter für Textilien, aber auch für die Herstellung von Brillengestellen eingesetzt wird. An diesem Beispiel lässt sich ablesen, dass Zellulose und ihre Derivate, obwohl chemisch gleich, ganz unterschiedliche Materialeigenschaften haben können: Wie in der Natur – die Baumwolle besteht ebenso wie der Kaktusstachel aus Zellulose – reichen sie von weich und fließend (Innenfutter) bis zu fest (Brillengestell).
Produkte aus der chemischen Verwertung von Holz
| Extraktstoffe | Lignin | Zellulose | Hemizellulose |
|---|---|---|---|
| Tallöl Terpentin Kolophonium Aromastoffe Leimungsmittel feste Brennstoffe Fettsäuren bioaktive Chemikalien Essigsäure Pharmazeutika Antioxidantien |
energetische Nutzung Bindemittel (für Tierfutter, Span- und Faserplatten, Briketts, Keramik) Dispergiermittel (für Beton, Zement, Lacke, Farben) Vanillin Zuschlagstoff (für Gips und Gerbstoffe) Drucktinte Pflanzenschutzmittel Feuerfeststeine |
Nonwovens Babyfeuchttücher Kosmetiktücher Haushaltstücher Industrietücher Wundauflagen, Tupfer, Komponenten für OP-Bekleidung Tampons Zellulosenitrat pharmazeutische und kosmetische Industrie chemische Industrie Lösungsmittel Textilindustrie Schießpulver Klebstoffe Lebensmittelindustrie (Wurstpelle) Verpackungen Zellglas CMC (Carboxymethylzellulose) Waschmittelzusatz Bindemittel Verdicker Papierleimungsmittel Schutzkolloid Bohrhilfsmittel bei Erdölbohrungen Lebensmittelzusatzstoff E 466 zur Verbesserung der Konsistenz vieler Lebensmittel (Speiseeis, Mayonnaisen, Soßen, Fruchtmassen, Gelees) Tablettensprengmittel MCC (Mikrokristalline Zellulose) unverdaulicher Ballaststoff für kalorienreduzierte Lebensmittel (Salatsoßen, Desserts und Eiscremes) Bindemittel und Trägerstoff für Tabletten Glukose als Lävulinsäure Weichmacher Lösungsmittel Schmierstoffe Chemieprodukte und Polymere Glukose als Fermentationsprodukt Brennstoff, zum Beispiel Ethanol (in Entwicklung) organische Säuren, zum Beispiel Milchsäuren Lösungsmittel wie Aceton, Butanol Fasern Oberbekleidung Wäsche Heimtextilien Reifenkord |
Xylose (Holzzucker) Nahrungsmittelzusatz Futtermittel Xylit Süßstoff mit antibakterieller Wirkung, insbesondere zur Kariesprophylaxe Feuchthaltemittel Furfural Zwischenprodukt für die Herstellung von Furfurylalkohol Lösungsmittel bei der Schmierölraffination Lösungsmittel für Anthracen und Harze Destillation von Butadien Herbizidproduktion Benetzungsmittel Xylonsäure Binder, Komplexbinder |
Beispiele für Produkte
Nagellack
Neben flüchtigen Lösungsmitteln und Farbpigmenten besteht Nagellack hauptsächlich aus Zellulosenitrat.
Lebensmittelverpackungen
Vor allem frisches Gemüse und Obst will der Kunde – auch wenn es verpackt ist – sehen, bevor er es kauft. Die Verpackung muss durchsichtig sein und zugleich muss Wasserdampf die Folie passieren können, damit sich darunter kein Kondenswasser bildet. Dies alles kann Zellglas, einer der ältesten Kunststoffe für Lebensmittelverpackungen. Das unter dem früheren Markennamen Zellophan bekannt gewordene Material ist eine dünne, farblose und transparente Folie, die geklebt, verschweißt und bedruckt werden kann und durch den charakteristischen Knistereffekt unverwechselbar ist. Reines Zellglas kann man kompostieren, zum Altpapier geben und verbrennen.
Tabletten
Zellulose ist als Trägersubstanz und Bindemittel Hauptbestandteil vieler Tabletten.
Feuerwehrschutzanzug
Damit die Kleidung den Feuerwehrmann lebenslang vor Feuer und Hitze schützen kann, wird der Flammschutz in die Viskosespinnlösung eingerührt – also noch bevor aus der Spinnlösung die Zellulosefasern werden. Damit befindet sich der Flammschutz im Inneren der Faser und kann nicht ausgewaschen werden.
Autoreifen
Damit ein Autoreifen die notwendige Festigkeit und Formbeständigkeit erhält, wird der Gummi mit einem Verstärkungsmaterial – meist Polyester und Polyamid – stabilisiert. Bei hochwertigen Reifen wird hierfür gerne Rayon verwendet, eine aus dem Amerikanischen stammende Bezeichnung für ein hochfestes Viskosegarn. Die Qualität dieser Viskosefaser liegt vor allem in seiner absoluten Thermo- und Maßbeständigkeit. Der Reifen bleibt von Anfang bis Ende perfekt rund und bietet damit einen hohen Abrollkomfort sowie gute Fahreigenschaften.
