Cellulose

Cellulose ist die Hauptsubstanz der pflanzlichen Zellwand und für die Zugfestigkeit von Biomasse verantwortlich. Mengenmäßig ist sie das größte Polymer der Erde. Cellulose setzt sich zu 42 Prozent aus Kohlenstoff, 6 Prozent aus Wasserstoff und 52 Prozent aus Sauerstoff zusammen. Sie besitzt einen Heizwert von ca. 17,3 MJ/kg. Der Celluloseanteil liegt abhängig von der betrachteten Pflanzenart bei Hölzern zwischen 40 Prozent und 49 Prozent, bei halmgutartigen Brennstoffen zwischen 23 Prozent und 43 Prozent. Tabelle 1 stellt die Cellulosegehalte verschiedener Pflanzen dar.

Tab. 1: Cellulose-Anteil in unterschiedlichen Pflanzenstoffen
Pflanze	Cellulose
Holzpflanzen	Angaben in Gewichts-Prozent
Tanne	42,3
Kiefer	41,9
Fichte	41
Esche	40,2
Buche	45,4
Birke	40,9
Pappel	48,4
Weide	42,9
Halmgutartige Pflanzen	Angaben in Prozent der Trockenmasse
Weizenstroh	38
Präriegras	37
Miscanthus	43
Zuckerhirse	23
Rohrschwingel	25
Maisstroh	38

Verwendung

Cellulosebasierte Rohstoffe können energetisch und stofflich verwendet werden. Stofflich werden cellulosehaltige Rohstoffe als Baustoff, Futtermittel, in der Lebensmittelindustrie oder auch in der Papierherstellung eingesetzt. Die energetische Nutzung umfasst neben der Verwendung als Brennstoff auch die Herstellung von Bioethanol. Für den Einsatz zur Ethanolerzeugung sind verschiedene Hart- und Weichhölzer, Stroh und entsprechende organische Abfälle denkbar.

Aufschluss

Die Schwierigkeit bei der Bioethanol-Herstellung liegt im Abbau der Cellulose, da diese häufig im Verbund mit Hemicellulose und Lignin vorliegt. Es sind aufwendige Aufschlussprozesse notwendig, um diese Verbindungen für eine Verarbeitung zu Bioethanol zu trennen. Aber auch der Abbau von reiner Cellulose zu Glucose ist wegen ihrer kristallinen Struktur schwierig. Der Aufschluss kann durch enzymatisch katalysierte oder säurekatalysierte Hydrolyseverfahren geschehen. Bei der enzymatisch katalysierten Hydrolyse wird die Cellulose durch die Anwendung von Enzymen in Glucose umgewandelt. Eine chemische, mechanische oder thermische Vorbehandlung der Cellulose ist notwendig. Diese gewährleistet ein schnelles und tiefes Eindringen der Enzyme in das Material und zerstört die kristalline Struktur. Die Cellulose wird so für die enzymatisch katalysierte Hydrolyse zugänglich. Die säurekatalysierte Hydrolyse verwendet Säure um Cellulose und Hemicellulose zu Glucose umzuwandeln. Vorteilhaft ist hierbei der schnellere Umsatz des Ausgangsmaterials. Allerdings werden unter technischen Bedingungen Nebenprodukte (bspw. C5-Zucker) gebildet, die im weiteren Verlauf schwieriger umzusetzen sind.

Synonym(e):

Zellulose

Englische Übersetzung(en):

cellulose