Zellulose ist ein natürliches Biopolymer. Als Hauptbestandteil der pflanzlichen Zellwand verleiht es diesen Struktur und Festigkeit. Es ist die häufigste organische Verbindung auf der Erde.

Cellulosemoleküle bestehen aus tausenden bis zehntausenden Untereinheiten, der Cellubiose. Diese formen lange lineare Ketten, die untereinander vorwiegend durch starke kovalente Bindungen aber auch durch etwas schwächere Wasserstoffbindungen verbunden werden. Die Cellubiose als strukturelle Untereinheit ist ihrerseits ein Dimer. Da bedeutet, dass sie aus zwei Zuckermolekülen besteht, die gegeneinander um 180° gedreht sind.

Rohstoff Holz

Zellulose wird vorwiegend aus Holz als Rohstoff gewonnen. Der Vorteil ist es alos, dass es sich um einen nachwachsenden Rohstoff handelt. Andererseits gehen mit der Gewinnung auch erhebliche Umweltprobleme einher. Der steigende Cellulosebedarf führt zu einer Zerstörung der Wälder, wenn nicht nachhaltig gewirtschaftet wird. Auch bei der chemischen Gewinnung der Cellulose entstehen problematische Abfälle.

Ausgangsstoff der Cellulosegewinnung sind Fichten, Buchen, Pappeln und Kiefern. Aber auch einjährige Gewächse wie Stroh, Bambus, Bagasse oder Kenaf können zu Cellulose verarbeitet werden.

Allerdings besteht Holz keineswegs nur aus Cellulose. Diese ist nämlich nur in der Sekundärwand der Zellwand enthalten. Daneben finden sich aber noch andere Stoffe im Holz dazu gehören Harze, Pektine, kurzkettige Zellulosen (Hemipecellulosen), Fette und Proteine. Das Ausgangsmaterial muss also aufgeschlossen und unerwünschte Begleitstoffe abgetrennt werden.

Cellulosegewinnung

Die gefällten Baumstämme werden zunächst von Ästen und der Rinde befreit. Danach werden sie zerkleinert und schließlich zu Holzschnitzeln verarbeitet. Eine einheitliche, nicht zu geringe  Größe verbessert dabei die gleichmäßige Imprägnierung mit der Aufschlusslösung und verringern die Rückstände, die beim Aufschlussprozess entstehen.

Die Holzschnitzel werden in einer Ausschlussflüssigkeit immer wieder aufgekocht und die löslichen Bestandteile von den Rohzellstofffasern durch Auswaschen abgetrennt.

Die Art des Aufschlusses hängt von der Holzsorte ab. So können etwa mit dem Sulfataufschluss störende Baumharze verseift und dadurch herausgelöst werden. Es gibt drei prinzipielle Methoden des Aufschlusses mittels des Sulfit-, Sulfat- oder Alkali-Verfahrens. Letzteres eignet sich besonders zum Aufschluss einjähriger Pflanzen, die freilich nur minderwertige Zellulose ergeben. Das Verfahren wird daher nur noch selten angewandt.

Das Sulfit-Verfahren gilt als besonders umweltschädlich nicht zuletzt, weil es große Mengen an Wasser erfordert. Derzeit wird daher das Sulfat-Verfahren bevorzugt. Es handelt sich dabei um einen alkalischen Aufschluss. Die bereits imprägnierten Holzschnitzel werden einem kontinuierlich arbeitendem Reaktor von oben zugeführt und bei 170°C gekocht. Dabei gehen Lignane und Hemicellulosen in Lösung. Da einer Zerstörung der Cellulosefasern verhindert werden muss, wird der Aufschlussprozess unterbrochen, bevor alles Lignin in Lösung gegangen sind.

Die Rohzellulose wird anschließend der Bleichung unterworfen. Dazu wird entweder Chlor oder eine Peroxidlösung verwendet. Dadurch entsteht die typische weiße Farbe und gleichzeitig wird noch verbliebenes Lignin durch Oxydation entfernt.

Durch den Aufschlussprozess entstehen in erheblichem umweltschädliche Abwässer. In modernen Zellstoffanlagen werden die Prozesschemikalien aus den Abwässern zurückgewonnen und dem Aufschlussprozess erneut zugesetzt.

Quelle: Wikipedia