BIA-Brukerstyrt innovasjonsarena

Polymerer er allsidige makromolekyler og kan brukes som funksjonelle tilsetningsstoffer i et bredt spekter av applikasjoner der de spiller viktige roller som blant annet bindemidler, dispergeringsmidler, komplekseringsmidler og lignende. I tekniske applikasjoner med høy verdi, som innen batterier og råvareutvinning, er spesifikke egenskaper fra disse polymerene viktig for å gi ønsket ytelse. Selv om polymeren tilsettes i svært lav dose, har de en stor innvirkning på produktet eller prosessen de brukes i. For eksempel brukes veldig små mengder spesialisert polymer i batterier, uten den vil batteriene ha så kort levetid at de gjør bruken upraktisk. I dag produseres funksjonelle polymere hovedsakelig fra oljebaserte kjemiske ingredienser. Dette er et ikke-bærekraftig råstoff, og polymerene har ofte lang nedbrytingstid og kan være giftige for miljøet. Målet med Ligno2G prosjektet var å levere bærekraftige alternativer til disse oljebaserte funksjonelle polymerene ved å bruke den nest mest utbredte polymeren i naturen: lignin. Lignin er et svært komplekst og allsidig materiale som kan modifiseres til å gi mange forskjellige funksjoner og former. Dette gjør den til et ideelt råstoff for å møte de svært varierte krav som stilles til funksjonelle polymere. For å utnytte et så komplekst naturlig råstoff, var målene med Ligno2G utvikling av nye kjemiske modifikasjons- og karakteriseringsteknologier for å omdanne ligninråstoffet til spesialiserte funksjonelle polymere. Avanserte testteknikker og testmetoder måtte også utvikles og implementeres på lab- og pilotskala for å kunne måle ytelsen til de nye ligninbaserte prototypene i spesifikke målmarkeder. I løpet av Ligno2G prosjektet har fem forskjellige modifikasjonsstrategier for lignin blitt utforsket. Dette har resultert i tre nye ligninmodifikasjonsplattformer som har blitt brukt både hver for seg og i kombinasjon for å optimalisere ytelsen til ligninpolymeren til bruk i spesifikke applikasjoner. Seks nye metoder for å karakterisere den kjemiske strukturen og ytelsen til nye prototyper har blitt utviklet og tatt i bruk for å lette produktutviklingen. Ved hjelp av de nye modifikasjonsplattformene har 13 nye prototyper av ligninbaserte funksjonelle polymere blitt utviklet i lab- og i pilotskala. De nye modifikasjonsplattformene for lignin er nå implementert i bioraffineriet for til å produsere kommersielle mengder prototyper for kunder til utførelse av fullskala fabrikk- og feltforsøk. Flere kunder har mottatt prøver av de nye ligninbaserte biopolymerene i størrelsesorden 100-1000 kg for å gjennomføre forsøk i et veldig bredt utvalg av viktige applikasjoner. Eksempelvis har nye ligninbaserte Li-ion-batteritilsetningsstoffer som forbedrer ytelsen til Li-ion-batterier blitt utviklet og samtidig gjøre batteriene mer bærekraftige. Nye miljøvennlige ligninbaserte polymere har blitt utviklet som kan erstatte giftige oljebaserte kjemikalier i produksjonen av olje, og kunder over hele verden er i ferd med å teste disse i sine oljebrønner. Ligninbaserte funksjonelle polymere utviklet i Ligno2G prosjektet har også blitt testet som tilsetningsstoff innen som produksjon av utstyr til fornybar energi. Nye ligninbaserte polymere utviklet i Ligno2G prosjektet blir til og med testet på åkere hvor det brukes som tilsetningsstoffer i formulerte plantevernmidler. På denne måten har Ligno2G vært en stor suksess, og har ledet utviklingen av grønne ligninbaserte høyytelsesadditiver i viktige globale markeder. Ligno2G prosjektet har blitt gjennomført i samarbeid med NTNU som har hatt en postdoktor dedikert til prosjektet. Ligno2G har også muliggjort samarbeid med ledende testlaboratorier i Europa, USA og Kina. Noen av de nye oppdagelsene som ble gjort ved NTNU og Borregaard i Ligno2G er publisert, og har hittil resultert i 8 fagfellevurderte vitenskapelige artikler.

Ligno2G has had four main effects: 1. New scientific competence in lignin chemistry and characterization. This allows for deliberate modification of lignin molecular structure and properties; a prerequisite for performance chemical design. 2. Deepened knowledge in key performance chemicals application areas ranging from batteries to agriculture. This allows Borregaard to better understand the needs of key industries and markets. 3. Development of new lignin-based products, with the first commercial batches already produced. This will have an impact on industries such as batteries, mining, oilfield and agriculture by offering high-performing sustainable alternatives to established petrochemical additives. 4. New international working relationships have been forged, allowing learnings from the project to be disseminated globally in various markets. The post doc appointee at NTNU supported by Ligno2G has also been hired as a full-time staff scientist at Borregaard.

The Ligno2G project aims to develop a new platform for modification of lignins to create highly functionalized biopolymers for specialty applications, where lignin do not meet the strict performance criteria today. The outcome of the innovation will be new, green lignin based alternatives to synthetic polymers within high value specialty applications such as agriculture, dyestuff, batteries and oil-well. A wide range of different modification technologies will be screened and further developed. Development will be done in lab scale and the most promising technologies will then be scaled up to pilot and full scale. Due to the high complexity of the lignin polymer, a significant part of the project will involve development of analytical techniques for characterization of the modifications. Further, elucidation of the relationship between structure, properties and performance in the selected applications will be target for research. Together with selected partners, Uni Padova, IFE, Jinkeli and NTNU, the new modified products will be tested in the relevant applications. Sampling potential customers with prototypes to be tested in their processes will further give a confirmation of the performance in the applications.