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Erweiterung des Anwendungspotentials der Lyocell-Technologie durch Nutzung spezieller Enzymaktivitäten

Projektleiter:          Dr. Birgit Kosan
Projektnummer:    BMWi / INNO-KOM-Ost, MF 140191
Laufzeit  :               01.06.2015 – 31.08.2017

 

Aufgabenstellung

Unter der Maßgabe der prognostizierten Zunahme der Weltbevölkerung bei gleichzeitiger Verknappung der Rohstoffbasis wird mit einer signifikanten Steigerung des Faserbedarfs gerechnet, welche weder allein durch Steigerung der Produktion synthetischer Fasern noch durch eine weitere Erhöhung der Baumwollproduktion erreicht werden kann. Die sich dadurch ergebende Lücke wird als sogenannter „Cellulose gap“ bezeichnet und eröffnet die Möglichkeit, aber auch die Notwendigkeit für einen signifikanten Ausbau der Kapazitäten zur Herstellung nachhaltiger cellulosischer Regeneratfasern. Dabei ist es im Zuge einer weiteren Effizienzsteigerung von besonderem Interesse, die Rohstoffpalette geeigneter Celluloseausgangsmaterialien für einen Einsatz im Lyocellprozess signifikant zu erweitern. Beispielsweise ist eine Nutzung preiswerterer Zellstoffqualitäten wie beispielsweise Papierzellstoffe oder Cellulosen aus Einjahrespflanzen, aber auch von Faserrohstoffen aus Recyclingquellen sowohl aus Kostengründen, vor allem aber auch unter dem Aspekt eines nachhaltigen Wirtschaftens anzustreben.

Das Ziel des Projektes war es deshalb, einen in den Lyocellprozess integrierbaren Modifizierungsschritt zu entwickeln, welcher unter Einsatz geeigneter Cellulasen mit speziell abgestimmten Verhältnissen an Exo-Eigenschaften zur Verbesserung der Zugänglichkeit der Cellulosemoleküle sowie Endo-Eigenschaften zur gezielten Reduktion langkettiger Molmassenanteile der Cellulose eine solche Nutzung zusätzlicher Celluloserohstoffe für Lyocellanwendungen eröffnet.

Ergebnisse

Der entwickelte Modifizierungsprozess ist als Vorbehandlungsstufe in das Lyocell-Verfahren integrierbar und führte in Abhängigkeit vom verwendeten Zellstoff zu möglichen DP-Reduzierungen von 20 bis 25%, in Ausnahmefällen auch bis 37%. Durch die getesteten Enzyme mit Aktivitätskombinationen wurde neben der DP-Reduktion auch eine signifikante Verbesserung der Löslichkeit der Zellstoffe erreicht, wodurch sehr gute Spinnlösungsqualitäten, auch beispielsweise bei Verwendung von Papierzellstoffen mit geringeren α-Cellulosegehalten erreicht werden konnten.

Anwendung

Bei einer Nutzung dieses innovativen Modifizierungsschrittes eröffnet sich eine signifikant erweiterte Rohstoffbasis für Lyocell-Anwendungen, welche zu Kosteneinsparungen bei einem Einsatz preiswerterer Celluloserohstoffe führen kann, aber auch breitere Möglichkeiten zur Verwendung von Recyclingrohstoffen oder Cellulose aus Einjahrespflanzen bietet. Eine Nutzung der Projektergebnisse ist neben der direkten Anwendung bei der Lyocell-Herstellung auch von besonderem Interesse für Zellstoff-Hersteller und Enzymproduzenten.