Nylon steckt in Strumpfhosen, Autoteilen, Kabelisolierungen und Medizinprodukten, doch sein wichtigster Baustein entsteht bis heute aus Erdöl. Ein Forschungsteam aus den USA hat nun ein Verfahren entwickelt, das den Nylon-Grundstoff Adipinsäure mit der bislang höchsten Ausbeute aus Lignin gewinnt, einem holzigen Pflanzenstoff, der weltweit millionenfach als Abfall verbrannt wird. Der Trick liegt in der Kombination aus klassischer Raffineriechemie und gentechnisch angepassten Bakterien. Die in Nature veröffentlichte Methode könnte die Kunststoffproduktion nachhaltiger machen.
Lignin ist nach Zellulose der zweithäufigste Bestandteil pflanzlicher Biomasse und macht je nach Pflanze 15 bis 40 Prozent des Materials aus. Der verzweigte Riesenmolekülverbund verleiht Zellwänden ihre Festigkeit und schützt Holz vor Zersetzung, genau diese Widerstandsfähigkeit macht ihn für die Industrie jedoch zum Problem. In Bioraffinerien und Zellstoffwerken fällt Lignin in gewaltigen Mengen als Nebenprodukt an und wird überwiegend schlicht verbrannt, weil sich aus dem chemisch chaotischen Material kaum ein einzelnes wertvolles Produkt gewinnen lässt. Beim Aufspalten entstehen komplexe Gemische aus dutzenden Phenolverbindungen, die sich nur schwer trennen lassen. Bisherige Verfahren erreichten deshalb höchstens rund 20 Gewichtsprozent Ausbeute für ein einzelnes Zielprodukt, zu wenig für eine wettbewerbsfähige Produktion.
Auf der anderen Seite steht ein Kunststoff mit gewaltigem Fußabdruck. Adipinsäure zählt zu den meistproduzierten Industriechemikalien der Welt, denn sie ist der zentrale Baustein von Nylon 6,6, aus dem Textilfasern, technische Bauteile und unzählige Alltagsprodukte bestehen. Hergestellt wird die Säure bislang aus Benzol, das aus Erdöl stammt, in energieintensiven Prozessen, die zudem klimaschädliche Stickoxide freisetzen können. Ein effizienter Weg vom Abfallstoff Lignin zur Adipinsäure würde daher gleich zwei Probleme entschärfen, nämlich die Berge ungenutzter Pflanzenreste und die Abhängigkeit der Kunststoffindustrie vom Erdöl. Genau diesen Weg beschreibt nun ein Team des US-Energieforschungslabors NREL und des Massachusetts Institute of Technology.
Ausgangspunkt des neuen Verfahrens sind Holzspäne der Pappel, aus denen das Lignin herausgelöst und zu einem Öl voller aromatischer Verbindungen zerlegt wird. Dieses Öl durchläuft anschließend einen Reaktor, der nach dem Vorbild von Erdölraffinerien störende sauerstoffhaltige Gruppen entfernt, gefolgt von einem weiteren chemischen Schritt, der die Mischung in wasserlösliche aromatische Säuren überführt. Erst dann kommt die Biologie ins Spiel, denn gentechnisch angepasste Mikroben übernehmen die Feinarbeit und verwandeln das immer noch komplexe Gemisch hochselektiv in das gewünschte Zielmolekül, wie die im Fachjournal Nature erschienene Studie zur Ligninumwandlung im Detail beschreibt. Die Kombination gleicht einer Arbeitsteilung, bei der die Chemie grob vorsortiert und die Bakterien präzise veredeln.
Das Ergebnis übertrifft alle bisherigen Ansätze, denn die Prozesskette liefert Adipinsäure mit einer Ausbeute von 26 Gewichtsprozent bezogen auf das eingesetzte Lignin, während frühere Routen bei etwa 20 Prozent für ein einzelnes Produkt endeten. Der Zugewinn klingt zunächst bescheiden, ist für die Wirtschaftlichkeit aber entscheidend, weil er die Menge an verwertbarem Produkt pro Tonne Rohstoff spürbar erhöht und die Trennkosten senkt. Fachkollegen werten die Arbeit in einer begleitenden Einordnung in Nature als möglichen Wendepunkt, weil sie eine allgemeine Strategie aufzeigt, komplexe Ligningemische nicht nur zu zerlegen, sondern gezielt in einzelne nützliche Chemikalien zu verwandeln. Dasselbe Prinzip ließe sich auf weitere Produkte übertragen.
Der Schlüssel liegt in den maßgeschneiderten Mikroorganismen, denn klassische Katalysatoren scheitern regelmäßig an der Vielfalt der Ligninbausteine, während Bakterien mit ganzen Stoffwechselwegen auf wechselnde Ausgangsstoffe reagieren können. Die Forscher programmierten den Stoffwechsel ihrer Mikroben so um, dass unterschiedliche aromatische Säuren in einen gemeinsamen Trichter münden, an dessen Ende einheitlich das Nylon-Vorprodukt steht. Solche biotechnologischen Veredelungsschritte etablieren sich derzeit in vielen Bereichen der Materialforschung, ähnlich wie bei Verfahren, mit denen Pilze inzwischen echtes Leder für Taschen und Schuhe liefern. Die Kopplung mit erprobter Raffinerietechnik erleichtert dabei die Übertragung in den Industriemaßstab, weil ein Großteil der Anlagen auf bestehender Technik aufbaut.
Bis Nylon aus Pflanzenresten im Handel liegt, sind noch Hürden zu nehmen, denn das Verfahren muss seine Stabilität im Dauerbetrieb beweisen und preislich mit der eingespielten Petrochemie konkurrieren. Das Potenzial ist dennoch beträchtlich, weil Lignin praktisch überall dort anfällt, wo Holz, Stroh oder andere Pflanzenreste verarbeitet werden, und bislang fast ausschließlich als Brennstoff endet. Gelingt die Skalierung, könnte ein bedeutender Teil der Nylonproduktion künftig auf nachwachsende Rohstoffe umgestellt werden, ohne dass Verbraucher Abstriche beim Material bemerken. Die Verwertung problematischer Reststoffe entwickelt sich damit zu einem eigenen Forschungsfeld, wie auch ein Verfahren zeigt, bei dem aus PVC-Müll hochwertiges Motoröl entsteht. Der einst lästige Pflanzenstoff Lignin könnte so vom Ofen in die Kleiderschränke wandern.
Nature, Hybrid process converts lignin into adipic acid for nylon; doi:10.1038/s41586-026-10580-x