Biomasse besteht hauptsächlich aus Zellulose, Hemizellulose und Lignin, den faserigen Strukturbestandteilen von Pflanzen. Diese Bestandteile finden sich in verschiedenen Biomassequellen wie Waldrestholz, Ernterückständen, Energiepflanzen, tierischen Abfällen und Lebensmittelabfällen.
Zellulose ist das am häufigsten vorkommende organische Polymer auf der Erde und bildet die Hauptstrukturkomponente der Zellwände von Pflanzen. Es handelt sich um eine lange Kette miteinander verbundener Glukosemoleküle, die den Pflanzenzellen Steifigkeit und Festigkeit verleihen. Cellulose ist sehr widerstandsfähig gegen Abbau, was ihre Umwandlung in nützliche Produkte zu einer technischen Herausforderung macht.
Hemicellulose ist ein weiterer wichtiger Bestandteil der Biomasse, der sich strukturell von der Zellulose unterscheidet, da er aus kürzeren Zuckerketten besteht, zu denen Xylose, Mannose und Galaktose gehören. Hemicellulose dient als Bindemittel in den pflanzlichen Zellwänden und hilft, die Zellulosefasern zusammenzuhalten. Sie ist leichter abbaubar als Zellulose, aber ihre komplexe Struktur und das Vorhandensein verschiedener Zuckertypen machen ihre Verwendung in der Biokraftstoffproduktion schwierig.
Lignin ist ein komplexes Polymer, das den Pflanzen strukturelle Unterstützung und Steifigkeit verleiht und ihnen hilft, aufrecht zu stehen und Druck standzuhalten. Es besteht aus phenolischen Verbindungen und ist resistent gegen mikrobiellen und enzymatischen Abbau. Die Rolle des Lignins in der Biomasse ist von entscheidender Bedeutung, da es als Barriere für die Extraktion und Verarbeitung von Zellulose und Hemizellulose fungiert, was die Umwandlung von lignozellulosehaltiger Biomasse in Biokraftstoffe und andere Produkte technisch schwierig macht.
Diese Bestandteile lassen sich zwar nur schwer abbauen, sind aber für die Entwicklung moderner Biokraftstoffe und biobasierter Chemikalien von entscheidender Bedeutung. Bioraffinerien zielen darauf ab, diese Bestandteile effizient in Produkte wie Kohlenwasserstoff-Biokraftstoffe, die chemisch identisch mit fossilen Kraftstoffen sind, und verschiedene biobasierte Chemikalien und Materialien umzuwandeln. Die Herausforderung besteht darin, Technologien zu entwickeln, die diese Komponenten wirtschaftlich und effizient umwandeln und Biomasse zu einer wettbewerbsfähigen erneuerbaren Ressource gegenüber fossilen Ressourcen machen.
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