Gedroogde distilleerders met oplosbare stoffen (DDGS), een bijproduct van de verwerking van maïs-ethanol, wordt vaak gebruikt als veevoer, varkens en pluimvee. Echter, DDGS bevat meer fosfor dan de dieren nodig hebben. Het overschot komt in de mest terecht en loopt weg in het stroomgebied, het bevorderen van algenproductie en uiteindelijk bijdragen aan grote dode zones in de Golf van Mexico.

Het verwijderen van overtollig fosfor uit DDGS voordat het voer wordt, zou het probleem kunnen verlichten. Een nieuwe studie van de Universiteit van Illinois onderzoekt de beste manier om fosfor als bijproduct terug te winnen, die vervolgens kunnen worden gebruikt als meststof voor de productie van maïs en sojabonen.

"Er zit veel fosfor in de maïs zelf. Als maïs wordt verwerkt, je krijgt verschillende producten. Een deel ervan wordt via dierlijke voeding gevoerd, die al veel fosfor bevatten. Dus de extra fosfor komt uit in de mest en spoelt uit in het grondwater, " zegt Vijay Singh, de co-auteur van de studie. Singh is hoogleraar landbouw- en biologische technologie en directeur van het Integrated Bioprocessing Research Laboratory (IBRL) aan de U of I.

"We vroegen, kunnen we in het proces zelf iets doen om deze fosfor terug te winnen, en als mest terug op het land zetten? Het is als een circulaire economie, " hij voegt toe.

Het onderzoek maakt deel uit van een meervoudig project dat verschillende afdelingen van het Landbouwcollege, Consumenten- en milieuwetenschappen bij U of I. Het project wordt gefinancierd door een National Science Foundation-subsidie ​​​​onder de Innovations at the Nexus of Food, Energie- en watersystemen (INFEWS) paraplu.

Ankita Juneja, postdoctoraal onderzoeksmedewerker bij de afdeling Landbouw- en Biologische Technologie, is de hoofdauteur van de studie. Ze legt uit dat onderzoekers eerst hebben gekeken hoe fosfor door de productiefaciliteit stroomt.

"We zijn begonnen met een model en schatten de fosforstroom in de hele schematische plant. Vervolgens hebben we bepaald waar de maximale concentratie fosfor optreedt, die ons zal helpen het economisch te herstellen, " ze zegt.

De onderzoekers waren in staat om 80% tot 90% van de fosfor terug te winnen door een eenvoudig proces van het verhogen van de alkaliteit van dunne destillatie en het toevoegen van calciumchloride, gevolgd door roeren van het product gedurende vijf minuten in een continue roerreactor.

Juneja legt uit dat het niet de bedoeling was om alle fosfor te verwijderen, omdat een deel ervan nodig is als voedingsstoffen in het voer.

"De dierlijke voedselbehoefte van fosfor in DDGS is 3 tot 4 milligram per gram DDGS. de DDGS had ongeveer 9 tot 10 milligram per gram. Dus de rest was allemaal teveel, die in de mest zou komen. We konden het terugbrengen tot 3,25 milligram per gram, wat binnen het bereik ligt van wat de dieren echt nodig hebben."

Door fosfor te verwijderen, wordt ook eiwit uit de DDGS afgevoerd, maar Juneja zegt dat het herstelproces van de studie is geoptimaliseerd om ervoor te zorgen dat de hoeveelheden eiwit en fosfor die in de DDGS achterblijven, zijn gekalibreerd om te voldoen aan de vereisten voor diervoeder, maar deze niet te overschrijden.

Het product dat via deze procedure wordt teruggewonnen, heeft de vorm van een vast precipitaat of pasta, die ongeveer 60 tot 70% water bevat. Het kan worden gedroogd en uiteindelijk worden gebruikt als meststof, hoewel de studie dat proces niet behandelt. Singh zegt dat dit momenteel wordt getest door wetenschappers van het U of I Department of Crop Sciences.

"We hebben duidelijk aangetoond dat je deze fosfor uit een verwerkingsbedrijf kunt terugwinnen, zodat het niet in verschillende bijproducten zoals veevoer, " merkt hij op.

De onderzoekers evalueerden zowel de technische als de economische aspecten van het herstelproces. Hoewel verwerkers wel moeten investeren in nieuwe apparatuur om de scheiding uit te voeren, er is een potentieel om het teruggewonnen bijproduct te verkopen als P-meststof voor maïs en sojabonen.

"We hebben de economische analyse gemaakt van hoeveel het zou kosten om de herstelsectie toe te voegen aan een bestaande droge maalinstallatie:hoeveel het zou kosten in termen van vaste kosten; hoeveel het zou kosten in termen van bedrijfskosten per jaar; en hoe veel extra inkomsten kunnen worden gegenereerd door dit extra co-product te produceren, die als meststof of andere toepassingen kunnen worden gebruikt, ' legt Juneja uit.

"We ontdekten dat de extra investering $ 5,7 miljoen was in een bestaande fabriek voor droge vermaling die 40 miljoen gallons ethanol per jaar produceert. De hoeveelheid toegevoegde inkomsten is iets minder dan een miljoen dollar per jaar, " zij voegt toe.

Planten passen deze praktijken momenteel niet toe, maar verwerkers zijn erg geïnteresseerd in de bevindingen van het onderzoek, Singh merkt op.

"Ze willen weten hoe het moet. Alleen al het geven van informatie over hoe fosfor in hun fabriek stroomt, is van grote waarde. En hen vervolgens strategieën te geven om het terug te winnen; dat is ook van waarde voor hen, " hij voegt toe.

Singh zegt dat dit de tweede van drie onderzoeken is die hij en Juneja uitvoeren naar fosforterugwinning als onderdeel van het INFEWS-project.

"We kijken naar drie verschillende raffinaderijen in de Upper Sangamon Watershed, "zegt hij. "In deze waterscheiding, er zijn veel verschillende verwerkingsfabrieken omdat Illinois veel bonen- en maïsverwerking heeft."

In de eerste studie werd gekeken naar natte maalinstallaties voor maïs, waar maïs wordt omgezet in zetmeel voor het maken van fructose-glucosestroop, en de derde studie zal zich richten op sojaverwerkingsfabrieken.

Het artikel, "Het terugwinnen van de fosfor als bijproduct van droge maïsfabrieken:een techno-economische evaluatie" is gepubliceerd in Graanscheikunde .

De eerste studie, "Techno-economische haalbaarheid van fosforterugwinning als bijproduct van natte maïsfabrieken, " werd ook gepubliceerd in Graanscheikunde .