Nach der Maisernte bleiben Stängel, Blätter, Spindeln und Hüllblätter zurück. Dieses Maisstroh enthält vor allem Cellulose, Hemicellulose und Lignin. Für Bioraffinerien sind diese Bestandteile interessant, doch im Pflanzengewebe sind sie eng miteinander verbunden. Das erschwert eine gezielte Nutzung. Ein Forschungsteam um Xue-Cheng Lin beschreibt nun in Advanced Science einen Ansatz, der Maisstroh nicht mehr als einheitlichen Rohstoff behandelt. Die Biomasse wird zunächst nach ihrer Faserstruktur getrennt und danach unterschiedlich weiterverarbeitet.

Nicht jede Faser reagiert gleich

Der Gedanke dahinter ist einfach. Maisstroh besteht aus Geweben, die sich in Aufbau und Reaktivität unterscheiden. Weichere Kurzfasern lassen sich leichter abbauen. Längere Fasern aus Leitbündeln sind stärker geordnet und enthalten kristallreichere Cellulose. Klassische Bioraffinerie-Prozesse berücksichtigen solche Unterschiede häufig nur begrenzt. Das Team setzte deshalb auf eine mechanische Fraktionierung. Sie trennt das Material in zwei Faserströme und schafft damit die Grundlage, jeden Strom passend zu behandeln.

Zwei Wege durch die Bioraffinerie

Die leichter abbaubaren Kurzfasern wurden so verarbeitet, dass sich Lignin schonender lösen und weiter nutzen lässt. Dabei kombinierten die Forschenden Dampfexplosion, Methanol und eine enzymatische Behandlung mit Kohlenstoff-Quantenpunkten. Ziel war es, unerwünschte Reaktionen im Lignin zu begrenzen und zugleich die Umwandlung von Cellulose zu verbessern. Aus dem Lignin konnten Bausteine für Epoxidharze gewonnen werden.

Der zweite Faserstrom wurde anders geführt. Die kristallreicheren Langfasern durchliefen eine zweistufige enzymatische Hydrolyse, die die geordnete Cellulosestruktur möglichst erhält. Daraus entstanden Cellulose-Nanokristalle. Diese winzigen, festen Cellulosepartikel gelten als interessante Verstärker für biobasierte Materialien, Beschichtungen oder Verbundwerkstoffe. Die Studie zeigt damit eine Prozesslogik, die nicht nur vom Rohstoff ausgeht, sondern auch vom gewünschten Produkt.

Mehr Wert durch bessere Steuerung

In einer Modellrechnung verglich das Forschungsteam den neuen, stärker gesteuerten Prozess mit einem einfacheren Referenzverfahren. Demnach ließe sich aus derselben Menge Maisstroh ein höherer Produktwert erzielen. Der berechnete Erlös lag um rund 37 Prozent höher. Das ist noch kein Nachweis für eine rentable Anlage, zeigt aber, warum eine genauere Sortierung der Biomasse wirtschaftlich interessant sein kann.

Die Forschenden berichten zudem, dass das Konzept und einzelne Verfahrensschritte bereits industriell geprüft wurden. Wie breit sich der Ansatz auf andere Reststoffe, Standorte und Produktkombinationen übertragen lässt, bleibt dennoch offen. Für die Bioökonomie ist die Arbeit relevant, weil sie ein bekanntes Problem der Lignocellulose-Nutzung adressiert. Entscheidend ist nicht nur der Aufschluss der Biomasse, sondern die Abstimmung von Rohstoffstruktur, Verfahren und Zielprodukt.

ag