Grønt klæbemiddel lavet af valle

Hver dag produceres store mængder valle som et biprodukt af mejeriindustrien. Alene i Tyskland svarer det til 12,6 millioner tons om året. For hvert kilo ost produceres der for eksempel 9 kilo valle. Noget af dette forarbejdes videre, fx til vallebaserede drikke med frugttilsætningsstoffer eller andre blandingsdrikke. Laktosen og proteinerne i vallen kan også adskilles og bruges på andre måder, for eksempel som råvare i lægemidler eller i babymad. Men når først proteinerne og laktose er blevet adskilt, forbliver melasse. Bortskaffelse af dette stof er meget kompliceret og dyrt på grund af dets relativt høje saltindhold.

Forskere ved Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems IKTS i Hermsdorf har sammen med TU Dresden nu udviklet en proces til at udvinde værdifuldt ethylacetat, et farveløst opløsningsmiddel, fra melassen. Ethylacetat bruges ofte til fremstilling af klæbemidler, trykfarver eller lakker. Den kan også bruges til at rengøre overflader.

Indtil nu er ethylacetat blevet fremstillet af naturgas og petroleumsderivater. Fremstilling af ethylacetat fra valle resulterer derimod i et produkt, der er klart overlegent i forhold til miljøskadelige opløsningsmidler på grund af dets lette mikrobielle nedbrydelighed, og det er også uafhængigt af prisudsvingene på naturgas og råolie. En anden fordel:Processen udviklet af TU Dresden og Fraunhofer IKTS gør behovet for dyr bortskaffelse af melasse unødvendigt. Det separerede ethylacetat har en høj renhed på 97,5 % og kan således anvendes umiddelbart som råmateriale uden yderligere forarbejdningstrin.

Gæring af melasse og adskillelse i membranen

I princippet er adskillelsesprocessen ligetil. Til at begynde med fermenteres melassen i en bioreaktor, som er ventileret for at tillade aerobe forhold. Reaktionen danner en gas-dampblanding, der indeholder ethylacetat. Dette adskilles derefter ved hjælp af specielle kompositmembraner. "En blanding af gas og vanddamp forbliver som et affaldsprodukt, som uden problemer kan frigives til miljøet," siger Dr. Marcus Weyd, leder af Membrane Process Technology and Modeling-gruppen.

I udviklingen af ​​membranen bidrog forskere hos Fraunhofer IKTS med deres årtiers ekspertise inden for materialer, især membranteknologier. Kompositmembranen, som er specielt udviklet til processen, består af en kombination af polymerer og uorganiske partikler baseret på zeolit. "Vi bruger flydende silikonegummi som polymer. Dette blandes med zeolit ​​(silicalite-1), påføres en understøttende polyesterfleece og hærdes. Membranen er kun 10 µm tyk i alt, og porestørrelsen er 0,5 nm," forklarer Dr. Thomas Hoyer, specialist inden for zeolitmembraner og nanokompositter.

Selvom membranen er udstyret med porer, fungerer selve separationsprocessen, hvor ethylacetatet udskilles, ikke som en si. I stedet skabes gasseparationseffekten af ​​interaktioner mellem zeolit ​​og ethylacetat. "Molekylerne adsorberes af zeolitten, glider langs poreoverfladerne, hvilket får dem til at diffundere gennem den sammensatte membran," forklarer Dr. Hoyer. Det er heller ikke nødvendigt at påføre højt tryk for at "tvinge" ethylacetatet igennem membranen. "At skabe en vis partialtryksforskel er tilstrækkelig til at starte den kemiske reaktion og efterfølgende diffusion."

Øges:mulige anvendelser for melasse

Ideen opstod fra et initiativ fra TU Dresden, som ledte efter måder at bruge melassen på og henvendte sig til Fraunhofer IKTS for at få hjælp. TU-teamet beskæftigede sig med fermenteringsprocessen, mens Fraunhofer-teamet stod for udvikling og optimering af membranteknologien.

"Vi er lykkedes med at producere en meget avanceret membran med ekstremt små porer gennem en forholdsvis enkel og omkostningseffektiv proces," opsummerer Dr. Weyd. For industrivirksomheder er det en praktisk fordel, at gasseparationsprocessen kun består af et trin og dermed kun kræver et lille antal membran- og kontrolmoduler. Når først procesparametrene for fermentering og gasseparation er korrekt konfigureret, kører separationsprocessen af ​​sig selv og på en stabil måde.

Det næste på forskernes dagsorden er at skalere størrelsen af ​​membranmodulerne for at gøre teknologien tilgængelig til industriel brug. Teknologien har flere anvendelsesmuligheder end blot at udvinde ethylacetat fra melasse:Den kan bruges i enhver proces, der kræver adskillelse af gasblandinger eller frafiltrering af flygtige komponenter såsom kulbrinter. + Udforsk yderligere

Forskere regulerer porestørrelsesfordelingen for at forbedre nanofiltreringsmembranen