Bedeutung von Lignin für die Bioökonomie
Als Bestandteil lignozellulosehaltiger Biomasse und als eine der häufigsten organischen Verbindungen der Erde hat Lignin ein großes Potenzial, fossile Ressourcen zu ersetzen. Sein Vorkommen in der Natur und die Vielfalt der potenziellen Einsatzmöglichkeiten machen es zu einer vielversprechenden Ressource für die Transformation hin zur Bioökonomie.
Lignin ist ein natürliches organisches Polymer und funktioniert, vereinfacht ausgedrückt, als Klebstoff der Natur. Es befindet sich in den Zellwänden aller Pflanzen und verbindet deren Fasern. Im Zusammenspiel mit Zellulose und Hemizellulose sorgt es für Druckfestigkeit und Stabilität. Je mehr Lignin eine Pflanze enthält, desto stärker ist sie. Die höchste Lignindichte findet sich in Bäumen, die zu 20 bis 30 Prozent aus Lignin bestehen.
Holzchemie
Die Stütz- und Gerüstsubstanzen Zellulose, Hemizellulose und Lignin
Hinweis: Je nach Holzart ist der Anteil dieser natürlichen Substanzen unterschiedlich verteilt. Laubholz enthält in der Regel weniger Lignin als Nadelholz.
Extraktionsprozesse
In der Zellstoffindustrie und in Bioraffinerien werden weltweit jedes Jahr zwischen 50 und 100 Megatonnen Lignin gewonnen – mit steigender Tendenz (Bajwa et al., 2019; Li et al., 2021; Shah et al., 2023). In der Regel fällt es als Nebenprodukt der Papier- und Zellstoffherstellung an. In diesen Prozessen ist Lignin jedoch unerwünscht, da es eine Braunfärbung bewirkt, an der Luft vergilbt und das Papier schwächt. Es wird üblicherweise im sogenannten Kraftverfahren von der Zellulose getrennt. Zwar fallen bei diesem Verfahren jährlich 50 bis 55 Megatonnen Lignin an, jedoch wird nur ein sehr kleiner Teil als technisches Produkt extrahiert und vermarktet (Market.us, 2025).
Dies führt zu einer jährlichen Produktion von mehr als 130 Megatonnen Schwarzlauge, die in der Regel verbrannt wird, um die Zellstofffabriken mit Energie zu versorgen (Bruijnincx et al., 2015). Das Kraftverfahren ist das am weitesten verbreitete Verfahren zur Delignifizierung von Holz. Nach absolut anfallender Menge entfallen darauf circa 80 bis 85 Prozent (630 Kilotonnen Lignin) des weltweiten jährlichen Holzaufschlusses (Mastrolitti et al., 2021; Peretti et al., 2015). Die größten Produzenten von Kraft-Lignin sind derzeit Ingevity (USA) mit einer jährlichen Produktion von 60 Kilotonnen und Stora Enso (Finnland) mit einer jährlichen Produktion von 50 Kilotonnen (Mastrolitti et al., 2021; Correa-Guilllen et al., 2025).
Im Sulfitverfahren zur Zellstoffherstellung wird Holz mit schwefliger Säure und Sulfit-Salzen aufgeschlossen; dabei löst sich das Lignin durch Sulfonierung und geht als wasserlösliche Lignosulfonate in die Kochlauge über. Dieses „Spent Sulfite Liquor“ wird anschließend eingedampft, gereinigt und neutralisiert, sodass Lignosulfonate als Nebenprodukt extrahiert und in fester oder flüssiger Form vermarktet werden können. Obwohl im Kraftverfahren potenziell mehr Lignin extrahiert werden könnte, haben Lignosulfonate aus dem Sulfitverfahren mit 80 bis 90 Prozent den größten Anteil an den weltweit verkauften technischen Ligninen. Führende Produzenten von Lignosulfonat-Lignin sind Borregaard (Norwegen) mit 100 Kilotonnen pro Jahr, Rayonier (Frankreich, USA, Kanada) mit 150 Kilotonnen pro Jahr und Domsjo Fabriker (Schweden) mit 120 Kilotonnen pro Jahr (Mastrolitti et al., 2021).
Andere Verfahren zur Ligninextraktion wie Organosolv oder Soda haben einen geringeren Anteil und bedienen primär Spezialmärkte sowie Forschung und Entwicklung.
Einsatzmöglichkeiten
Derzeit befinden sich viele Anwendungen von Lignin noch in der Pilotphase, und in Zellstofffabriken anfallendes Kraft-Lignin wird überwiegend energetisch genutzt. Auf diese Weise sind Zellstofffabriken in der Regel energieautark und können sogar überschüssige Energie ins Netz einspeisen. Als Abfall im herkömmlichen Sinne ist Lignin also nicht zu betrachten. In einer zirkulären Wirtschaft sollten Rohstoffe und natürliche Ressourcen jedoch so lange und häufig wie möglich genutzt und in eine Kaskadennutzung1 überführt werden (DIN e.V., 2023). In der unmittelbaren Zukunft sollten Bioraffinerien, die lignozellulosehaltige Materialien verarbeiten, die Ligninfraktion durch einen Kaskadenansatz nutzen, um eine ökonomische wie ökologische Maximierung der Nutzung zu erreichen.
Für Forschung und Wirtschaft birgt Lignin aus den verschiedenen Extraktionsverfahren ein großes Potenzial für die Entwicklung von Produkten mit reduziertem Anteil an fossil basierten Materialien. Es kann beispielsweise bei der Herstellung von Kunststoffen, Kraftstoffen, Asphalt, Batterien, Kohlefasern, in Bau- und Konstruktionsmaterialien sowie als Brand- und UV-Schutz verwendet werden. Dank Lignin könnte der Einsatz von Öl und Kohle in Zukunft reduziert werden. Bislang wird der Rohstoff stofflich kaum genutzt, doch seine Verwendung nimmt stetig zu. So wurde Lignin als Bindemittel beispielsweise für den Asphalt mehrerer Straßen in Estland getestet: Laut der estnischen Firma Fibenol könnten 25 Prozent des herkömmlich verwendeten Bitumens durch ihr Material Lignova ersetzt und das enthaltene CO₂ langfristig gebunden werden (e-Estonia, 2023).
Derzeit sind über 50 verschiedene Ligninarten in Verwendung, je nach Rohstoff und Aufschlussverfahren. Da Kraft-Lignin eher hydrophob, weniger löslich, aber reaktiver ist, eignet es sich gut für Materialanwendungen und thermische Nutzung. Lignosulfonat-Lignin aus dem Sulfitverfahren ist hingegen hydrophil, gut wasserlöslich, bereits funktionalisiert und eignet sich besonders als Dispergiermittel, Bindemittel oder Zusatzstoff.