Norgren, ve Edlund (2014), lignin bazlı malzemelerin ve kimyasalların küresel üretiminin yıllık 50 milyon tonu aştığını, Milbrandt ve Booth (2016) ise dünya yıllık üretiminin 51.295.000 ton olduğunu bildirmişlerdir.
Spiridon (2018), yapmış olduğu çalışmada ligninin ısı ve elektrik üretmek için çoğunlukla yakıldığını, ancak biyo-rafinörler çerçevesinde değerli kimyasallara
dönüştürülmesi için yoğun ilgi gördüğünü bildirmiştir. Lignin ekonomik açıdan uygun ikinci nesil biyo-tesisler elde edilmesinde kilit bir faktördür. Bu nedenle, artan sağlığa zararsız ürün talebine, reaktivitesine, düşük maliyetine ve çevre dostu özelliklerine sahip bir malzeme olarak lignin; boyalar, bağlayıcılar, emülgatörler, sentetik döşeme, dispersiyon ajanları, boyalar, polimer yapı taşları üretimi ile benzen, tolüen, ksilen, fenol ve vanilin gibi kimyasal aromatik monomerler veya enerji üretimi ya da biyo- yakıt olarak kullanılabilir (Şekil 2.24.) Lignin, anti-tümör, antimikrobiyal, anti-HIV ve antioksidan aktiviteler gibi çeşitli farmakolojik aktivitelere sahiptir. Bununla birlikte, polisakarit bazlı malzemelerin aksine, lignin biyomedikal alanda henüz önemli bir şekilde kullanılmamıştır.
Ayrıca Lignin, çimento suyu azaltıcı, çimento öğütme yardımcıları, bitüm emülsiyonu, sondaj çamuru düzenleyici, tıkama maddesi, viskozite kırma maddesi, yüzey aktif madde ve boya dağıtıcı olarak da kullanılır. Lignin bir tür doğal polimerdir, kendi kendine bağlanır ve sonra fenol, aldehit veya başka bir modifikasyon metodu ile daha iyi bir bağ oluşumu elde edilebilir. Bu nedenle, kauçuk yoğunlaştırıcı, poliolefin ve kauçuk salmastra olarak kullanılabilir. Yeni lignin uygulamaları kompozit malzeme alanlarına doğru yoğunlaşmıştır. Doymamış polyester ve vinil esterlerde, dolgu maddesi ve komonomer olarak kullanılabilmektedir. Lignin selüloz ile doğal bir birlikteliğe sahip olup aynı zamanda lifler arasındaki bağ gücünü artırır ve yapışmada olumlu etki sağlar. Ek olarak, lignin moleküler yapısı çeşitli aktif gruplar içermekte olup, bu nedenle tarımsal ormancılık alanlarında kullanılabilir ve topraktaki mikroorganizmalar tarafından yavaşça bozunduktan sonra humusa dönüştürülebilmekte, üreaz aktivitesi için, bitkilerin büyümesini teşvik eden, toprak koşullarını iyileştiren belirli bir inhibisyonu barındırmaktadır (Chen, 1991).
Şekil 2.24. Ligninin bazı kullanım alanları (Spiridon, 2018). 2.9.1. Kabuktan Lignin Elde Edilmesi
Doğal lignin renksiz veya soluk sarı renklidir, ancak asit veya alkali ile muamelede rengi kahverengi veya koyu kahverengiye döner. Lignin türevlerinin fiziksel ve kimyasal özellikleri, elde ediliş yöntemine bağlı olarak değişir, örneğin, sülfit hamurundan elde edilen ignosülfonatlar doğal olarak hidrofiliktir. Oysa kraft hamurundan elde edilen ligninler hidrofobiktir.
Lignin, Farklı ekstraksiyon yöntemleri (enzimatik, kimyasal ve mekanik) ile izole edilebilmekte, bağlayıcılar, karbon elyafları, dağıtıcılar, fenoller ve plastik malzemeler gibi ara ürünlerin üretiminde kullanılabilmektedir. Lignin ayrıca aktif karbon, motor yakıtı, sorbent, yüzey aktif maddeler ve vanilin vb. gibi son ürünleri elde etmek için de kullanılabilir. Genellikle bir organik çözücü veya yüksek basınçlı buharla işlemi kullanılarak bitkilerden ekstraktiflenebilen lignin, çeşitli ekstraksiyon yöntemleri ile birlikte farklı tipleri elde edilmektedir (Agrawal vd., 2014).
Lignin, dünya çapında en yaygın olarak kağıt fabrikalarında Kraft bazlı kağıt hamuru işleminin bir yan ürünü olarak elde edilmektedir. Elde edilen siyah çözelti, esas olarak güç üretmek, işletme buharı htiyacını karşılamak ve ayrıca kağıt hamuru fabrikasında kimyasalların geri kazanımı için kullanılır. Günümüzde birkaç kağıt hamuru fabrikası
ligninden katma değeri yüksek ürünler elde etmektedir. Ligninin singaza (sentetik gazlara) dönüştürülmesi veya biyo-yağlara pirolizi gibi termomekanik teknikler katma değerinin artmasına katkıda bulunabilir. Siyah çözeltinin büyük ölçekte gazlaştırılması, bir fabrikada daha verimli enerji üretimini sağlayabilir (Agrawal vd., 2014).
Teknolojik engelleri giderildiğinde, lignin yalnızca kaba bir yakıt kaynağından çıkıp biyo rafineri ünitesinden geçirilerek önemli ve işlenmiş ürüne dönüşebilir. Bu sayede, etanol, karışık alkoller, yeşil yakıtlar veya diğer syngas ürünleri elde edilebilir. Yüksek moleküler ağırlıklı uygulamalar için ligninin makromolekül olarak kullanılması potansiyeli de mevcuttur. Ayrıca, büyük pazar fırsatlarına sahip aromatik ürünler de elde edilebilmektedir (Agrawal vd., 2014).
Sülfit yöntemiyle kağıt hamuru üretiminde lignosülfonatlar, lignosülfonik asidin tuzları olarak elde edilir. Lignosülfonatların bileşimi, lignin yıkımının derecesine ve mevcut sülfonik grupların sayısına göre değişir. Sülfit yöntemiyle kağıt hamuru üreten tesislerede siyah çözeltinin kireçle muamelesi sonucunda % 90-95 oranında lignosülfonat kalsiyum tuzları şeklinde çökeltilir (Agrawal vd., 2014).
İlk olarak Yamasaki (1981) tarafından enzimatik hidrolizle odundan lignin hidrolizinin yapıldığı bilinmektedir. İşlem, karbonhidratların seçici hidrolizi ile çözünmeyen bir tortu olarak ligninin çözünmemesine dayanır. Biyokütle tipik olarak, karbonhidratların tamamen çözünmesini sağlamak ve geri kazanılmış çözünmeyen lignin tortusu miktarını artırmak için art arda enzimatik işlemlere tabi tutulur. Kalan lignin numuneleri % 65-80 lignin, % 7-8 karbonhidrat ve enzimatik işlem sırasında üretilen proteinlerden kalan safsızlıkları içerir. Enzimatik hidroliz yoluyla Lignin izolasyonu, uzun ve tekrarlayan enzimatik işlemler veya genellikle öğütülmüş odun lignini için yaygın olarak kullanılan saflaştırma yöntemleri ile giderilemeyen bazı karbonhidratları içeren dezavantajları mevcuttur (Agrawal vd, 2014).
Keten lifi, yonca, buğday samanı ve çam talaşı gibi farklı biyokütle kaynaklarından organosolv muamelesi kullanılarak ligninin ekstraksiyonu, daha sonra FT-IR, DSC ve TGA test yöntemleri ile karakterize edildiği bir çalışmada, FT-IR spektrumları,
organik çözücülerin muameleleri ile elde edilen lignin numunelerinin kimyasal yapısında homojenlik göstermiştir. Literatürde ligninin, çam talaşından, buğday samanından, yoncadan ve keten elyafından organosolv muamelesi yoluyla çıkarılması konusunda çok sayıda çalışma bildirilmiştir. Elde edilen organosolv ligninin termal özellikleri ve fonksiyonel grupları incelenmiştir (Watkins vd., 2015).
2.9.2. Lignin Karakteriksleri
Stark, vd. (2016), yapmış oldukları çalışmada ligninin kimyasal yapısının ve bileşiminin elde edildiği kaynağına, ligninin türüne ve izolasyon yöntemine göre farklılık gösterdiğini ve bu yüzden de karakterizasyonun önemli olduğunu belirtmektedirler. Bir lignin numunesinin moleküler ağırlığının belirlenmesi ve bilinmesi, kimyasal yapısı araştırılmadan önce bile, polimerizasyon derecesi gibi konular hakkında bilgiler verebilir. Kimyasal yapı karakterizasyonu en sık olarak spektroskopik yöntemler kullanılarak gerçekleştirilir. Kimyasal yapıyı anlamak, lignin kaynaklarını belirlemede, lignin numunelerinin parçalanmasında, fiziksel özellikler ile termal özellikler arasındaki ilişkiyi belirlemede, uygun modifikasyon yöntemlerini seçmede ve modifikasyonların etkinliğini belirlemede faydalı olabilmektedir. Kimyasal yapı karakterizasyon teknikleri, ultraviyole (UV) spektroskopisi, fourier dönüşümlü kızılötesi (FTIR) spektroskopisi, raman spektroskopisi, nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi ve X ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ile yapılabilmektedir. Termal ve mekanik özellikler gibi fiziksel özellikler, kimyasal yapıya bağlı olarak değişim göstermektedir. Diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve termogravimetrik analiz (TGA) genellikle ligninin termal özelliklerinin araştırılması sırasında kullan test yöntemleridir.