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Schwarzlauge, ein Abfallprodukt der Zellstoff- und Papierindustrie (ca. 50 Millionen Tonnen pro Jahr), stellt eine erhebliche Herausforderung für die Umwelt dar. Derzeit werden Lignin-Nebenprodukte und Schwarzlauge überwiegend durch energieintensive Verdampfung und anschließende Verbrennung verwertet. Lignin ist jedoch die reichhaltigste natürliche Quelle für aromatische Verbindungen und bietet daher eine nachhaltige Möglichkeit zur Herstellung aromatischer Chemikalien wie Vanillin, p-Hydroxybenzoesäure und Syringasäure. Dies eröffnet auch Wege zur Herstellung nachhaltiger Kunststoffvorläufer und -produkte unter Verwendung funktioneller Ligninpolymere und -oligomere wie Caprolactam. Die Integration der Ligninverwertung mit erneuerbaren Energiequellen wie Solar- und Windenergie bietet eine vielversprechende Strategie zur Erreichung der CO2-Neutralität. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines neuen elektrochemischen Depolymerisationsverfahrens zur Behandlung von Lignin bei Raumtemperatur und unter Umgebungsbedingungen. Es werden wertvolle Produkte wie Syringyl und Guaiacyl sowie Wasserstoff erwartet.

Ziele:

• Entwicklung, Validierung und Anwendung geeigneter Analysemethoden (HPLC, GPC, GC, GC-MS, FTIR, NMR) für die beteiligten chemischen Spezies
• Gesamt- und Teilreaktionsnetzwerkanalyse für Modell-Ligninsysteme/BL, Zerlegung in Haupt- und Nebenprodukte
• Literaturrecherche: Reaktionsnetzwerke, Katalysatoren, Lösungsmittelsysteme, Thermodynamik, Reaktionskinetik, Reaktoren und Prozessbedingungen
• Katalysator- und Lösungsmittelscreening für Gesamt-/Teilreaktionsnetzwerke, Bewertung geeigneter Betriebsparameter für Ein- und Mehrtopfsynthese
• Experimentelle Untersuchung der Reaktionskinetik mit Reaktionsnetzwerken zunehmender Komplexität
• Herstellung grüner Chemikalien und Vorläufer für die Polymerisation (siehe Abbildung unten und Verbindung zu Prof. Thiele und Dr. Vidakovic-Koch)
• Kinetische Modellierung mit Modell- und Realfeeds, Modellbewertung und -vergleich
• Modellbasiertes Reaktor-/Prozessdesign (Ein-/Mehrtopfsystem, Trenneinheiten, Dosierungsstrategien, Lösungsmittelwechsel) in Matlab und Aspen
• Berücksichtigung: Katalysator-, Reaktor- und Prozessebene