Lignin: Den nachwachsenden Rohstoff optimal nutzen

Aktualisiert am : 17.10.2023 - Prozesse zur Verarbeitung von Lignin

Bisher galt der natürliche Rohstoff Lignin als Nebenprodukt bei der Herstellung von Zellstoff oder Bioethanol. Lignin wurde bisher primär thermisch verwertet. Inzwischen wird es auch für verschiedenste Produkte als nachwachsender Rohstoff genutzt. Zur Verarbeitung muss es entweder in Form von feinem Pulver oder als Granulat vorliegen und daher vermahlen oder kompaktiert werden. Für beide Verfahren bietet Hosokawa Alpine kundenindividuelle Prozesslösungen.

Die natürlichen Eigenschaften von Lignin lassen sich gezielt in vielfältigen Anwendungsbereichen einsetzen. Ob bei der Herstellung von Carbonfasern, Hard-Carbon für Batterieanoden, Futtermittel, als Baustein für die Chemieindustrie, Ruß-Ersatz für Gummi (Reifen), Harze, Kunststoffe (Thermoplaste, Elastomere, Wachse) oder als Zusatzstoff für Schäume (PU-Schaum, Aerogele) und Kosmetik – Lignin kann fossile oder schädliche Rohstoffe sinnvoll ersetzen.

Individuelle Verarbeitung von Lignin

Wie andere natürliche Rohstoffe unterliegt auch Lignin gewissen Qualitätsschwankungen. Bei der Verarbeitung werden verschiedene Verfahren eingesetzt, die zu unterschiedlichen Lignin-Qualitäten führen. „Standardlösungen zur Verarbeitung gibt es nicht. Vielmehr ist ein tiefes Verständnis der jeweiligen Anwendung und ihrer Anforderungen erforderlich“, erklärt Sonja Seiler, Head of Sales Chemical Division bei Hosokawa Alpine.

„Für die industrielle Nutzung steht und fällt die Leistungsfähigkeit von Lignin in den meisten Zielanwendungen mit seinen Partikeleigenschaften. Dabei spielt die Partikelgrößenverteilung eine maßgebliche Rolle. Als Granulat oder Brikett kann Lignin gut fließfähig und staubfrei weiterverarbeitet werden. Für andere Anwendungsfälle ist ein fein vermahlenes Pulver nötig. In beiden Fällen kann Hosokawa Alpine mit seinem umfassenden Prozess Know-how im Bereich Kompaktieren, Mahlen und Sichten unterstützen“, rät Sonja Seiler.

Da Lignin ein sehr vielfältiges Material ist, gibt es keine Standardlösungen. Daher analysiert Lignopure das Ausgangsmaterial sowie die Anforderungen der potenziellen Endanwendung, um das bestmögliche Ergebnis zu erhalten.

Vermahlung mit Strahl- oder Sichtermühlen

Für die Zerkleinerung von Lignin eignen sich zwei Mühlentypen von Hosokawa Alpine besonders: Die Strahlmühle AFG erzielt durch präzise Feinsteuerung feinste Mahlergebnissen und erreicht hohe Feinheiten von d₉₇ = 5–15 µm. „Die Sichtermühle ACM hingegen überzeugt mit geringer spezifischer Mahlenergie, scharfer Trenngrenze und flexiblen Produktionsparametern und ermöglicht dabei ein gröberes Zielprodukt mit einer Feinheit von d₉₇ = 10–25 µm“, erklärt Seiler.

Für den Einsatz im Labor eignet sich die Strahlmühle Microburst AMB, die auch grobe oder faserige Produkte ohne Vorzerkleinerung feinstvermahlen kann. Um eine steilere Partikelgrößenverteilung zu erreichen, empfiehlt sich eine Sichtung mit dem Windsichter ATP zur Entstaubung bei 2-3 µm und Oberkornsichtung bei 20-30 µm.

Granulat versus Pulver

„Feines Lignin-Pulver ist explosiv, hat schlechte Fließeigenschaften sowie eine geringe Schüttdichte. Daher ist das Produkthandling komplex, der Arbeitsschutz gestaltet sich aufwendig und es sind große Lagerflächen nötig“, weist Sonja Seiler auf die Herausforderungen hin. Die Lösung für diese Herausforderungen ist das Granulieren oder Brikettieren des Lignin-Pulvers. Dabei wird der Rohstoff verpresst, Staub und Stege werden ausgesiebt und zurück in den Prozess geleitet. Eine Walzenpresse ermöglicht die Herstellung von staubfreien Lignin-Granulaten oder Briketts mit hoher Produktqualität, erhöhter Schüttdichte und guter Fließfähigkeit. „Dadurch werden nicht nur eine bessere Weiterverarbeitung, sichere Lagerung und effizienter Transport ermöglicht, sondern auch die Gefahr von Staubexplosionen und Kontaminationen reduziert“, bilanziert Sonja Seiler.

Der Granulierungsprozess besteht in der gleichmäßigen Dosierung des Materials in den Kompaktor, wo es durch zwei gegenläufig rotierende Walzen zu einer Schülpe verpresst wird. Anschließend kann die Schülpe mit einem Pre-Crusher und einem Walzenbrecher auf die gewünschte Partikelgröße zerkleinert werden.

Mit dem Kompaktor ARC MS von Hosokawa Alpine lässt sich das Lignin-Pulver zu einem staubfreien Granulat oder Briketts mit einer konstanten, sehr hohen Produktqualität verarbeiten.

Weitere Erforschung der Lignin-Nutzung

Um die industrielle Nutzung des natürlichen Rohstoffs Lignin weiter erforschen zu können, kooperiert Hosokawa Alpine mit dem Hamburger Start-up-Unternehmen Lignopure GmbH. Gemeinsam wollen die beiden Unternehmen maßgeschneiderte Verfahren für den Ligninmarkt entwickeln und individuelle Lösungen anbieten, die sich an der Qualität des Rohstoffs und seinem Marktpotenzial orientieren.

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