Elke dag worden er grote hoeveelheden whey geproduceerd als bijproduct door de zuivelindustrie. Alleen al in Duitsland bedraagt ​​dit 12,6 miljoen ton per jaar. Voor elke kilogram kaas wordt bijvoorbeeld 9 kilogram wei geproduceerd. Een deel hiervan wordt verder verwerkt, bijvoorbeeld tot whey-dranken met fruitadditieven of andere mixdranken. De lactose en eiwitten in de whey kunnen ook worden gescheiden en op andere manieren worden gebruikt, bijvoorbeeld als grondstof in geneesmiddelen of in babyvoeding. Zodra de eiwitten en lactose zijn gescheiden, blijft er echter melasse over. Het afvoeren van deze stof is vanwege het relatief hoge zoutgehalte erg ingewikkeld en duur.

Onderzoekers van het Fraunhofer Instituut voor Keramische Technologieën en Systemen IKTS in Hermsdorf hebben nu samen met de TU Dresden een proces ontwikkeld om waardevol ethylacetaat, een kleurloos oplosmiddel, uit de melasse te extraheren. Ethylacetaat wordt vaak gebruikt bij de productie van lijmen, drukinkten of vernissen. Het kan ook worden gebruikt om oppervlakken te reinigen.

Tot nu toe werd ethylacetaat geproduceerd uit aardgas en aardoliederivaten. De productie van ethylacetaat uit wei resulteert daarentegen in een product dat duidelijk superieur is in vergelijking met milieubelastende oplosmiddelen vanwege de gemakkelijke microbiële afbreekbaarheid en het is ook onafhankelijk van de prijsschommelingen van aardgas en ruwe olie. Nog een voordeel:het door de TU Dresden en Fraunhofer IKTS ontwikkelde proces maakt de dure verwijdering van melasse overbodig. Het afgescheiden ethylacetaat biedt een hoge zuiverheid van 97,5% en kan dus zonder verdere verwerkingsstappen direct als grondstof worden gebruikt.

Vergisting van de melasse en scheiding in het membraan

Het scheidingsproces is in principe eenvoudig. Om te beginnen wordt de melasse gefermenteerd in een bioreactor, die wordt geventileerd om aerobe omstandigheden mogelijk te maken. De reactie vormt een gas-dampmengsel dat ethylacetaat bevat. Dit wordt vervolgens gescheiden met behulp van speciale composietmembranen. "Er blijft een mengsel van gas en waterdamp over als afvalproduct, dat zonder problemen in het milieu terecht kan komen", zegt Dr. Marcus Weyd, manager van de groep Membrane Process Technology and Modelling.

Bij de ontwikkeling van het membraan hebben onderzoekers van Fraunhofer IKTS hun decennialange expertise op het gebied van materialen, met name membraantechnologieën, ingebracht. Het speciaal voor het proces ontwikkelde composietmembraan bestaat uit een combinatie van polymeren en anorganische deeltjes op basis van zeoliet. "We gebruiken vloeibaar siliconenrubber als polymeer. Dit wordt gemengd met zeoliet (silicaliet-1), aangebracht op een ondersteunend polyestervlies en uitgehard. Het membraan is in totaal slechts 10 µm dik en de poriegrootte is 0,5 nm", legt Dr. Thomas Hoyer, specialist op het gebied van zeolietmembranen en nanocomposieten.

Ook al is het membraan voorzien van poriën, het eigenlijke scheidingsproces, waarbij het ethylacetaat wordt afgescheiden, werkt niet als een zeef. In plaats daarvan wordt het gasscheidingseffect gecreëerd door interacties tussen zeoliet en ethylacetaat. "De moleculen worden geadsorbeerd door de zeoliet, glijden langs de porieoppervlakken, waardoor ze door het composietmembraan diffunderen", legt Dr. Hoyer uit. Het is ook niet nodig om hoge druk uit te oefenen om het ethylacetaat door het membraan te "forceren". "Het creëren van een bepaald partieel drukverschil is voldoende om de chemische reactie en daaropvolgende diffusie te starten."

Gezocht:mogelijke toepassingen voor melasse

Het idee kwam voort uit een initiatief van de TU Dresden, die op zoek was naar manieren om de melasse te gebruiken en zich tot Fraunhofer IKTS wendde voor hulp. Het TU-team hield zich bezig met het fermentatieproces, terwijl het Fraunhofer-team verantwoordelijk was voor de ontwikkeling en optimalisatie van de membraantechnologie.

"We zijn erin geslaagd een zeer geavanceerd membraan met extreem kleine poriën te produceren via een relatief eenvoudig en kostenefficiënt proces", vat Dr. Weyd samen. Voor industriële bedrijven is het feit dat het gasscheidingsproces slechts uit één fase bestaat en dus slechts een klein aantal membraan- en regelmodules vereist, een praktisch voordeel. Als de procesparameters voor vergisting en gasscheiding correct zijn geconfigureerd, loopt het scheidingsproces zelfstandig en stabiel.

Het volgende op de agenda van de onderzoekers is het opschalen van de membraanmodules om de technologie beschikbaar te maken voor industrieel gebruik. De technologie heeft meer toepassingen dan alleen het extraheren van ethylacetaat uit melasse:het kan worden gebruikt in elk proces waarbij gasmengsels moeten worden gescheiden of vluchtige componenten zoals koolwaterstoffen moeten worden uitgefilterd. + Verder verkennen

Onderzoekers reguleren de verdeling van de poriegrootte om het nanofiltratiemembraan te verbeteren