Klebstoffe, Spezialbeschichtungen und Materialien für die Elektronik beruhen heute meist auf petrochemischen Bausteinen. Ein neues Forschungsprogramm in Singapur will pflanzliche Alternativen entwickeln, die sich ohne grundlegende Änderungen in bestehende Produktionsprozesse einfügen lassen. Als Rohstoff sollen Reststoffe aus Land- und Forstwirtschaft dienen, die reich an Lignocellulose sind, dem Gerüstmaterial pflanzlicher Zellwände aus Cellulose, Hemicellulose und Lignin.

Die National University of Singapore (NUS) und die Forschungsagentur A*STAR starten dafür das fünfjährige Programm SG Bio-SPRINT. Es wird im Rahmen des singapurischen Forschungs- und Innovationsplans RIE 2025 mit 22 Mio. Singapur-Dollar gefördert. Nach Angaben der NUS fallen in Südostasien jährlich schätzungsweise 500 Mio. Tonnen land- und forstwirtschaftliche Reststoffe an. Diese Biomasse enthält Cellulose, Hemicellulose und Lignin und könnte künftig Kohlenstoff für hochwertige Spezialpolymere liefern.

Biobasierte Bausteine mit gleichem Aufbau

Im Mittelpunkt stehen sogenannte Drop-in-Monomere. Monomere sind kleine Moleküle, aus denen Polymere aufgebaut werden. Beim Drop-in-Prinzip sollen die biobasierten Moleküle dieselbe chemische Struktur besitzen wie ihre fossil erzeugten Gegenstücke. Dadurch könnten sie in vorhandenen Herstellungsverfahren eingesetzt werden, ohne völlig neue Polymerklassen und Produktionslinien etablieren zu müssen.

Eine Arbeitsgruppe entwickelt chemische Wege von lignocellulosehaltiger Biomasse zu geeigneten Monomeren und untersucht passende Katalysatoren. Eine zweite soll prüfen, ob Reinheit, Reaktivität und Eigenschaften der daraus erzeugten Polymere mit etablierten fossilen Materialien mithalten können. Als erste Anwendungsfelder nennt das Programm Klebstoffe, Spezialbeschichtungen und Elektronik. Dafür sollen aus den Pflanzenresten biobasierte Monomere für unterschiedliche Spezialpolymere entstehen.

KI hilft bei der Auswahl der besten Wege

Eine dritte Arbeitsgruppe verbindet die experimentelle Entwicklung mit künstlicher Intelligenz, Molekülmodellierung, technoökonomischen Analysen und Ökobilanzen. Ein gemeinsamer Datenrahmen soll Literaturdaten, Versuchsergebnisse und Modellrechnungen zusammenführen. So wollen die Forschenden früh erkennen, welche Synthesewege technisch machbar, wirtschaftlich interessant und ökologisch sinnvoll sein könnten.

Konkrete neue Polymere oder Leistungsdaten liegen zum Projektstart noch nicht vor. Zunächst sollen geeignete Monomere entwickelt und unter anwendungsnahen Bedingungen getestet werden. SG Bio-SPRINT will dafür auch mit Industrie- und Innovationspartnern zusammenarbeiten.

ag