Kan ligninets komplexa struktur omvandlas från utmaning till möjlighet?

Biobaserade polymermaterial är viktiga för omställningen från ett fossilbaserat till ett biobaserat samhälle. För att forskare ska kunna utveckla nya högpresterande polymermaterial behövs aromatiska byggstenar. De nya materialen ska kunna ersätta nuvarande härdplaster, ytbeläggningar och lim, men även möjliggöra helt nya applikationer. 

Lignin är den största källan av aromatiska föreningar i naturen och en hittills underutnyttjad resurs, som forskare nu hoppas kunna använda till att skapa nya material. Lignin är en aromatisk polymer som finns i växters cellväggar och det är också en stor restprodukt i pappersindustrin. Dess komplicerade och heterogena struktur anses traditionellt vara en nackdel för användning i olika materialapplikationer. Samtidigt har strukturen länge fascinerat forskarna. 

– Vi vill utnyttja den stora strukturella variationen och komplexiteten. Om vi kan förstå hur strukturen påverkas av olika typer av biomassa, av extraktionsprocessen och hur detta reflekterar vidare till egenskaper, så kan vi skräddarsy ligninmaterial till mer avancerade applikationer, säger Minna Hakkarainen, professor i polymerteknologi vid KTH.

Nya insikter om ligninets struktur

Forskargruppen kommer att kombinera avancerade experimentella och teoretiska metoder för att kartlägga ligninets struktur från molekylär nivå till makroskopiska egenskaper. 

– Vi sammanför en barriärbrytande kombination av kompetenser som sträcker sig från isolering av lignin till unik experimentell karakterisering, toppmoderna teoretiska beräkningar och hållbar materialdesign, säger Minna Hakkarainen.

Forskarna ska extrahera lignin direkt ur biomassa för att få den i en så naturlig form som möjligt. De kommer att använda helt nya metoder för att exempelvis följa extraktionsprocessen i realtid för att förstå dess påverkan på ligninet och för att se hur struktur och sammansättning förändras. De vill även karakterisera och modellera ligninets struktur och växelverkan med omgivningen. 

– Vi vet mycket om ligninets struktur, men det är också mycket vi fortfarande inte vet. Hur ser ligninet ut i naturligt tillstånd och i olika typer av växter, och hur påverkas strukturen av extraktionsprocessen? Hur påverkas sekundär och tertiär struktur av den primära kemiska strukturen och hur kopplar detta vidare till makroskopiska egenskaper? Vår olika expertis inom teamet kommer att möjliggöra banbrytande insikter om ligninets struktur och hur vi kan styra egenskaperna mot olika applikationer, säger Minna Hakkarainen. 

En sådan möjlig applikation skulle kunna vara att använda ligninet till att tillverka strukturella färger och funktionella beläggningar. 

– Lignin är dessutom vattenavstötande, antibakteriellt samt ger ett visst UV-skydd. Det skulle kunna användas till att skapa miljövänliga funktionskläder och andra liknande applikationer, säger Minna Hakkarainen.

Text Sabina Fabrizi
Bild  Magnus Glans