Lingnin

Lignine sind Bio-Polymere, die sich in der pflanzlichen Zellwand anreichern und somit zur Verholzung der Zelle führen. Diese Biopolymere setzen sich zusammen aus unterschiedlichen Monomeren. Lignine zählen zur Gruppe der phenolischen Makromoleküle und werden somit als organische Verbindungen eingestuft. Bei einer verholzten Pflanze, die getrocknet wird, macht dieses Bio-Polymer etwa zwanzig bis dreißig Prozent der Gesamtmasse aus. Weltweit werden durch pflanzliches Wachstum jährlich circa zwanzig Milliarden Tonnen Lignine produziert.

lignin

Nutzen für die Pflanze

Das in den Zellwänden eingelagerte Lignin hat zur Aufgabe, die Gewebe-Festigkeit der Pflanze zur erhöhen. Dabei wird das Lignin vor allem eingesetzt, um die Widerstandsfähigkeit gegenüber Drücken zu erhöhen. Dies steht im Gegensatz zur Cellulose, die der Steigerung der Zugfestigkeit dient. Beispielhaft kann das Zusammenspiel von Cellulose und Lignin durch eine Analogie aus dem technischen Bereich verdeutlicht werden. Stahlbeton besteht aus den folgenden zwei Bestandteilen: Stahlstreben, die die Zugfestigkeit erhöhen (gleichzusetzen mit Cellulose) und Beton, der die Druckfestigkeit erhöht (Lignin). Des Weiteren werden Lignine eingesetzt, um die Leitung der Nährlösung innerhalb der Pflanze zu gewährleisten. Lignin-reiche Zellverbände verhindern, dass die Nährlösung in andere Bereiche austritt. Weitere Nutzen der Lignine bestehen in der hohen UV-Beständigkeit und der mechanischen Widerstandsfähigkeit. Das Bio-Polymer wird vom Organismus eingesetzt, um sich gegen Eindringlinge, wie beispielsweise Insekten zu schützen. Darüber hinaus sind Lignine schwer abbaubar. Folglich bietet dieses Polymer einen Schutz vor eindringenden pathogenen Mikroorganismen. Das evolutions-geschichtliche erste Auftreten der Lignine ist nicht eindeutig bestimmt. Es wird davon ausgegangen, dass die ersten an Land wachsenden Pflanzen anfingen, dieses zu produzieren.

Chemische und physikalische Eigenschaften

Lignine in ihrer Reinform stellen sich als eine bröselige und bräunlich gefärbte Substanz dar. Für UV-Licht ist diese Substanz fast komplett undurchlässig. Das sichtbare Licht wird zu einem großen Teil absorbiert. Die Bio-Polymere bilden eine amorphe Masse, die nur über wenige polare Gruppen verfügt. Somit ist diese Substanz nicht wasserlöslich. Ein Lignin-Molekül basiert auf Aromaten, die in zufälliger Weise Verbindungen eingegangen sind. Des Weiteren gehen die Aromaten Verbindungen mit Kohlenstoff und phenolischen Gruppen ein.

Holzarten

Die Bio-Synthese der Lignine erfolgt in einem radikalischen Prozess, der durch Pflanzen-eigene Enzyme angestoßen wird. Der Anteil des Lignins an der Gesamt-Trockenmasse einer Pflanze beziehungsweise die vorherrschenden Molekülstrukturen bestimmen sich zu einem Großteil durch die Genetik des Organismus. Beispielsweise liegt der prozentuale Anteil an Lignin in Nadelhölzern bei etwa dreißig Prozent. Das Holz einer Birke besteht nur zu zwanzig Prozent aus diesen Bio-Polymeren. Mit zweiundzwanzig Prozent weisen Birkenhölzer einen leicht höheren prozentualen Anteil auf.

Biologischer Abbau des Lignins

Der Abbau von Ligninen ist Zeit-intensiv. Dieser erfolgt durch Bakterien. Das Holz eines abgestorbenen Baumes wird zunächst braun. Dies ist auf den Abbau der in dem Gewebe enthaltenen Cellulose zurückzuführen. Werden die Lignine durch die Bakterien verwertet, verfärbt sich das hell. Der biologische Abbau von Ligninen erfolgt unter aeroben Bedingungen.

Verwendung von Ligninen durch den Menschen

Der Mensch nutzt abgestorbene und getrocknete Pflanzenteile in Form von Holz für Bau-Zwecke oder die Erzeugung von Einrichtungsgegenständen. Hierin ist Lignin enthalten. Darüber hinaus wird Lignin als Brennstoff-Quelle genutzt. Bei der Papier-Herstellung fallen jährlich etwa fünfzig Millionen Tonnen Lignin an. Dieses stellt in dem Prozess der Papier-Produktion einen Abfallstoff dar. Oftmals wird das so gewonnene Material direkt in den Fabrik-eigenen Kraftwerken verbrannt und dient der Energieerzeugung. Lignin hat einen Heizwert von 23,4 Mega Joule pro Kilogramm. Viele Papier-Produzenten können mit dieser Art der Energiegewinnung etwa achtzig bis hundert Prozent ihres Gesamtenergiebedarfes decken. Ferner kann die daraus gewonnene überschüssige Energie abgesetzt werden. Des Weiteren findet Lignin in der Bau-Industrie Anwendung. Hier wird es Beton und Zement beigemengt. Ferner wird dieser Stoff als Bindemittel in Tiernahrung oder Düngern eingesetzt. In innovativen Verfahren werden künstlich hergestellte Lignine als Werkstoffe eingesetzt, die beispielsweise mit Hilfe von Extrudern in Form gebracht werden.