von
Lignin ist ein Hauptbestandteil der Zellwandsubstanz von holzigen Pflanzen: Bei Sträuchern und Bäumen sorgt das Makromolekül für Stabilität, und Steifigkeit, indem es Zellulose in den Zellwänden verbindet. Nach der Ernte des Holzes bleibt es allerdings überwiegend ungenutzt bzw. ist unerwünscht. So wird es in der Zellstoff- und Papierindustrie penibel separiert, weil es das Papier zum Vergilben bringt. Doch das massenhaft anfallende Biopolymer bietet enormes Potenzial als nachhaltige Alternative zu erdölbasierten Rohstoffen - beispielsweise als pharmazeutisch relevantes Molekül.
Diesen Schatz will Katalin Barta Weissert und ihr Team am Institut für Chemie der Uni Graz heben. Sie beschäftigt sich schon länger damit, die ligninhaltige Biomasse auf umweltfreundliche Weise so umzuwandeln, dass sie in chemischen Prozessen die bisher eingesetzten Rohstoffe aus fossilen Quellen ersetzen können. Dazu muss das Lignin in seine einzelnen Bausteine zerlegt werden. "Wenn wir mit Lignin arbeiten wollen, ist die Steiermark der perfekte Ort", so Barta Weissert, die seit 2019 eine Professur für Chemie an der Universität Graz innehat und den Bereich "nachhaltige Katalyse" leitet.
Für die Chemikerin ist Lignin besonders interessant, weil es eine enorme Quelle für Aromaten ist. Diese ringförmigen, besonders stabilen Moleküle aus Kohlenstoffatomen sind die Grundbausteine der organischen Chemie und Basis unzähliger Produkte von Plastik und Epoxidharzen bis zu Pestiziden oder Pharmazeutika. Allerdings werden sie bisher fast ausschließlich aus Erdöl gewonnen. Und jeder der Syntheseschritte braucht viel Energie, chemische Hilfsmittel wie Lösungsmittel, Reagenzien und Katalysatoren und verursacht Abfälle. In der Pharmaindustrie können bis zu 100 Kilogramm Abfall pro Kilogramm Medikament anfallen. "Diese Art Abfall ist sehr teuer. Und auch sonst hat die Branche großes Interesse an effizienteren Prozessen", betonte Barta Weissert.
Der Forscherin ist es bereits gelungen, Lignin in seine unterschiedlichen Bausteine zu zerlegen. Dabei wurde der gesamte chemische Prozess nach den Prinzipien der grünen Chemie aufgesetzt: mit möglichst wenigen Syntheseschritten, ungiftig, energie- und ressourceneffizient. "Unser Vorgehen erlaubt uns, in deutlich weniger Schritten zu einem nützlichen Produkt zu gelangen", so Barta. Ihre Gruppe hatte damit auch schon Erfolg: "Uns ist zum Beispiel gelungen, Dopamin, ein bekanntes pharmazeutisches Mittel, aus Lignin herzustellen."
Im Rahmen des vom Wissenschaftsfonds geförderten Projektes "WoodValue" hofft Barta Weissert, weitere bioaktive Moleküle und Medikamente aus Lignin zu gewinnen. "Wir können entweder nachbauen, was es schon gibt, wie das Dopamin, oder wir erzeugen gänzlich neue Moleküle." Zur Untersuchung der biologischen Aktivität und Testung der neuen Verbindungen kooperiert Barta Weissert mit der deutschen Helmholtz-Gesellschaft - die bei fast einem Drittel ihrer Dutzenden bisher gefundenen Verbindungen bereits positive Eigenschaften festgestellt hat.
Einen Schritt weiter ist Barta Weissert bei umweltfreundlichen waschaktiven Substanzen für Shampoos, Waschmittel und Kosmetika. 2021 erhielt sie einen EIC Transition Grant für das Projekt "PureSurf", das auf Spin-off-Aktivitäten ausgerichtet ist. Für das Unternehmen in Gründung werden noch Kooperationspartner gesucht. "Es wäre wirklich fantastisch und motivierend für das ganze Team, eigene biobasierte Produkte auf den Markt zu bringen", sagt die Forscherin.
"WoodValue" wird vom FWF mit 345.000 Euro gefördert und läuft noch bis 2027. Für ihre bisherigen Arbeiten erhielt die mehrfach ausgezeichnete Chemikerin zuletzt den "Zero Emissions Award" der alpha+ Stiftung des FWF in der Höhe von rund 378.000 Euro.
WIEN - ÖSTERREICH: FOTO: APA/Sabine Hoffmann
