Innovationslücken und Skalierungshemmnisse

Auf Basis der Gespräche und des Workshops kristallisieren sich insbesondere die folgenden Innovationslücken und Skalierungshemmnisse heraus. 

1. Fehlende Standardisierung und technologische Hürden
   • Keine einheitlichen Qualitätsparameter. Kunden wissen nicht, welches Lignin für ihre Anwendung geeignet ist.
   • Drop-In Lösungen und robuste Verfahren fehlen: „Es mangelt an mutigen Kunden, weil Lignin keine Drop-In-Lösung ist.“
2. Kostenstruktur und fehlende Preisanreize
   • Fossile Alternativen (zum Beispiel Phenole) sind günstiger, und die thermische Verwertung des Lignins ist profitabler.
3. Unzureichende Pilotinfrastruktur
   • Es gibt keine öffentlich zugänglichen Scale-Up-Piloten für Ligninanwendungen: „Wir brauchen eine skalierbare Infrastruktur jenseits der Forschungslabore.“
     • Viele Entwicklungen bleiben im Labormaßstab.
4. Regulatorik
   • Chemische Modifikation wäre notwendig, aber teuer und regulatorisch riskant.
   • Chemische Modifikationen lösen möglicherweise aufwändige Zulassungsprozesse und Pflichten aus.
   • Startups haben oft weder das Kapital noch die Struktur, um die Zulassungen zu stemmen.
5. Fehlende Austauschplattform
   • Es gibt kaum übergreifende Allianzen oder Cluster, die entlang der Wertschöpfungskette arbeiten.
   • Kein Matching zwischen Rohstoffproduzenten, Veredlern, Formulierern und Endanwendern: „Was fehlt, ist eine Institution, die Mittler ist.“
   • Es gibt keine umfassende Übersicht über kommerziell verfügbare Lignine.

1. Fehlende Standardisierung und technologische Hürden

Nach Aussagen der befragten Expertinnen und Experten gibt es keine einheitlichen Qualitätsparameter für Lignin. Verarbeitende Unternehmen und Kundinnen sowie Kunden wissen daher oft nicht, welches Lignin für ihre spezifische Anwendung geeignet ist. Hinzu kommt, dass Lignin in der Regel keine Drop-in-Lösung darstellt, das heißt, es erfordert vollkommen neue Formulierungen und kann bestehende Inhaltsstoffe in vielen Produkten nicht eins zu eins ersetzen. Dies macht die Entwicklung innovativer Produkte auf Basis von Lignin teuer und risikobehaftet. Unternehmen zögern daher, da Neuentwicklungen hohe Kosten verursachen und mit Risiken verbunden sind.

Bevor Unternehmen die Produktion umstellen, erwarten sie in der Kosmetik-, Bau- oder Chemiebranche langfristige Testzyklen. Aktuell sind nur wenige Leistungsdaten verfügbar beziehungsweise frei zugänglich. Daher kommen auf Lignin-Anbieter oder sogenannte „Transformer“, die das separierte Lignin aus Zellstoffanlagen oder Bioraffinerien erhalten und für die Weiterverarbeitung aufbereiten, zusätzliche Herausforderungen in der Produktentwicklung und bei der Erstellung von Use-Cases zu. Lignin wird zwar in zahlreichen Anwendungen – von UV-Schutz in Kosmetika bis hin zu Bindemitteln in Baumaterialien – getestet, aber es gibt kaum serienreife Anwendungen.

Diesen Innovationslücken und Skalierungshemmnissen widmet sich das Startup Lignopure mit Sitz in Hamburg. Die Gründerinnen haben im Markt einen Mangel an natürlichen funktionalen Inhaltsstoffen erkannt und arbeiten daran, diese Innovationslücke zu schließen. Im Best-Practice-Beispiel legt Dr. Wienke Reynolds dar, worin die Innovation von Lignopure besteht und wie das Startup eine wichtige Pionierrolle im Lignin-Markt sowie eine verbindende Position innerhalb der Wertschöpfungskette einnimmt.

2. Kostenstruktur und fehlende Preisanreize

Wie eingangs beschrieben, fallen jährlich Millionen Tonnen Lignin an – doch nur ein Bruchteil wird stofflich genutzt. Zellstoffwerke verbrennen es derzeit, um ihren Energieverbrauch zu decken und überschüssige Energie ins Netz einzuspeisen, da die stoffliche Nutzung aktuell noch zu komplex und kostenintensiv ist.

Der Markt honoriert den Einsatz biobasierter Materialien derzeit kaum. Lignin kann aufgrund seiner technischen Eigenschaften in der Regel nicht in großen Mengen beispielsweise in Matratzen- oder Bauschäumen eingesetzt werden und macht daher nur einen kleinen Anteil am Gesamtprodukt aus. Nachhaltigkeitsmarketing erreicht Kundinnen und Kunden jedoch nicht, wenn nur ein bis zwei Prozent des Endprodukts biobasiert sind. Im Commodity-Bereich, das heißt bei standardisierten, homogenen Produkten, die häufig in großen Mengen gehandelt werden, sind kleinste Preisdifferenzen kaufentscheidend, und den Interviewpartnerinnen und Interviewpartnern zufolge sind die Abnehmenden besonders preissensibel.

Des Weiteren greift im Gegensatz zur CO₂-Steuer auf fossile Brenn- und Kraftstoffe derzeit noch keine Subvention für biobasierte Materialien beziehungsweise für die teilweise Substitution von fossilen Energieträgern durch diese Materialien. Solange es kein „Level Playing Field“ gibt – das heißt, solange die Bedingungen für die Verarbeitung von biobasierten und fossilen Rohstoffen in Bezug auf die Kosten nicht gleichgestellt sind –, wird es Lignin schwerfallen, in den harten Preiskämpfen mitzuhalten.

Aufgrund der zunehmenden Elektrifizierung der Industrie und des Mobilitätssektors steigt hierzulande und weltweit der Bedarf an regional verfügbaren und ökologisch verträglichen Rohstoffen für elektrochemische Energiespeicher. Prof. Dr. Martin Oschatz und sein Team am Institut für Technische Chemie und Umweltchemie der Friedrich-Schiller-Universität Jena erforschen daher Lignin als Basis für Batterieelektroden.

3. Unzureichende Pilotinfrastruktur

Zwar gibt es keinen Mangel an Ideen und ersten Forschungsergebnissen, wofür Lignin eingesetzt werden kann, jedoch bleiben die meisten Entwicklungen im Labormaßstab und sind nicht skalierbar. Einer der Gründe dafür ist die fehlende Pilotinfrastruktur für Lignin-Anwendungen jenseits der Forschungslabore.

Mercer Rosenthal ist ein deutscher Produktionsstandort des nordamerikanischen Konzerns Mercer, der zu den weltweit größten Produzenten von Marktzellstoff und Holzprodukten zählt. Wie im Best-Practice-Beispiel vom Leiter des Mercer-Ligninzentrums, Dr. Lars Gabriel, beschrieben, arbeitet das Unternehmen mit der 2023 in Betrieb genommenen Pilotanlage an Abscheidungsprozessen von Kraft-Lignin und an der Produktentwicklung im industriellen Maßstab.

4. Regulatorik

Lignin, wie es aus der Extraktion in der Zellstoffproduktion als Kraft-Lignin oder aus anderen Prozessen gewonnen wird, ist in den seltensten Fällen direkt verarbeitbar. Transformer, wie das Startup Lignopure, schließen eine wichtige Lücke in der Wertschöpfungskette, indem sie das Material aufnehmen, reinigen und für die nächsten Verarbeitungsschritte vorbereiten.

Für einige Anwendungen wäre eine chemische Modifikation notwendig. Neben den hohen Kosten sind solche Prozesse oft regulatorisch aufwändig: Chemische Modifikationen können aufwändige Zulassungsprozesse auslösen. Unternehmen, die Lignin chemisch modifizieren, operieren unter dem Risiko, mit ihren Produkten unter die REACH-Verordnung zu fallen, wenn sie entweder neuartige Verbindungen entwickeln oder das REACH-System überarbeitet wird. Die REACH-Verordnung (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals) basiert auf dem Grundsatz der Eigenverantwortung der Industrie. Dem Prinzip „no data, no market“ folgend, dürfen innerhalb des Geltungsbereiches nur chemische Stoffe in Verkehr gebracht werden, die vorher registriert wurden (Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (baua), n.d.; Rose et al., 2022).

Aufgrund des langwierigen und aufwändigen regulatorischen Prozesses ohne abgesicherte Marktvorteile, wie sie beispielsweise im Pharmabereich bestehen, ist es insbesondere für Startups und kleine Unternehmen schwer, das nötige Kapital für die Entwicklung und Skalierung ihrer Innovationen einzuwerben.

5. Fehlende Austauschplattform

Akteurinnen und Akteure in der Wertschöpfungskette merkten im Gespräch und im Workshop an, dass es eine Plattform zum Austausch und zur Bewertung von Ligninqualitäten geben sollte. Die Akteurslandschaft sei fragmentiert, und es gebe kein Matching zwischen Rohstoffproduzenten, Veredlern, Formulierern sowie Endanwendern: „Was fehlt, ist eine neutrale Institution, die als Mittlerin fungiert.“

Es gibt kaum eine Übersicht über kommerziell verfügbare Lignine, deren Eigenschaften und mögliche spezifische Verwendung. Des Weiteren bestehen nur wenige übergreifende Allianzen oder Cluster, die entlang der Kette arbeiten: Kleine Startups kämpfen oft allein, während große Konzerne kaum kooperieren.