Torkade destilleringskorn med lösliga ämnen (DDGS), en biprodukt från bearbetning av majs etanol, används vanligtvis som foder för nötkreatur, svin och fjäderfä. Dock, DDGS innehåller mer fosfor än vad djuren behöver. Överskottet hamnar i gödsel och rinner ut i vattendelaren, främja algproduktion och så småningom bidra till stora döda zoner i Mexikanska golfen.

Att ta bort överflödigt fosfor från DDGS innan det blir foder kan lindra problemet. En ny studie från University of Illinois undersöker det bästa sättet att återvinna fosfor som en biprodukt, som sedan potentiellt kan användas som gödningsmedel för majs- och sojabönsproduktion.

"Mycket fosfor finns i själva majsen. När majs bearbetas, du får olika produkter. En del av det matas i djurfoder, som redan innehåller mycket fosfor. Så den extra fosforn kommer ut i gödseln och läcker ut i grundvattnet, " säger Vijay Singh, studiens medförfattare. Singh är professor i jordbruks- och biologisk teknik och chef för Integrated Bioprocessing Research Laboratory (IBRL) vid U of I.

"Vi frågade, kan vi göra något i själva processen för att återvinna denna fosfor, och lägga tillbaka den på marken som gödningsmedel? Det är som en cirkulär ekonomi, " han lägger till.

Forskningen är en del av ett mångsidigt projekt som spänner över flera avdelningar i College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences at U of I. Projektet finansieras av ett National Science Foundation-anslag under Innovations at the Nexus of Food, Energi och vattensystem (INFEWS) paraply.

Ankita Juneja, postdoktor vid Institutionen för jordbruks- och bioteknik, är studiens huvudförfattare. Hon förklarar att forskare först tittade på hur fosfor strömmar genom produktionsanläggningen.

"Vi började med en modell och uppskattade flödet av fosfor i hela anläggningen i diagrammet. Sedan bestämde vi var den maximala koncentrationen av fosfor förekommer, som kommer att hjälpa oss att återställa det ekonomiskt, " hon säger.

Forskarna kunde återvinna 80 % till 90 % av fosforn genom en enkel process att öka alkaliniteten hos tunna destillationsmaterial och tillsätta kalciumklorid, följt av omrörning av produkten under fem minuter i en reaktor med kontinuerlig omrörning.

Juneja berättar att målet inte var att ta bort all fosfor eftersom en del behövs som näring i fodret.

"Djurfoderbehovet av fosfor i DDGS är 3 till 4 milligram per gram DDGS. Tidigare, DDGS hade cirka 9 till 10 milligram per gram. Så resten var överflödigt, som skulle komma ner i gödseln. Vi kunde minska den till 3,25 milligram per gram, som ligger inom intervallet vad djuren faktiskt behöver."

Att ta bort fosfor dränerar också protein från DDGS, men Juneja säger att studiens återhämtningsprocess optimerades för att säkerställa att mängderna protein och fosfor som finns kvar i DDGS kalibrerades för att uppfylla, men inte överskrida, kraven på djurfoder.

Produkten som utvinns genom detta förfarande är i form av en fast fällning eller pasta, som innehåller cirka 60 till 70 % vatten. Det kan torkas och så småningom användas som gödningsmedel, även om studien inte tar upp den processen. Singh säger att det för närvarande testas av forskare vid U of I Department of Crop Sciences.

"Vi har tydligt visat att man kan återvinna denna fosfor från en processanläggning så att den inte går i olika biprodukter som djurfoder, " konstaterar han.

Forskarna utvärderade både de tekniska och ekonomiska aspekterna av återhämtningsprocessen. Medan processorer måste investera i ny utrustning för att utföra separationen, det finns potential att sälja den återvunna biprodukten som P-gödselmedel för majs och sojabönor.

"Vi gjorde den ekonomiska analysen av hur mycket det skulle kosta att lägga till återvinningssektionen i en befintlig torrmalningsanläggning:hur mycket det skulle kosta i termer av fast kostnad; hur mycket det skulle kosta i termer av driftskostnader varje år; och hur mycket extra intäkter kan genereras genom att producera denna extra samprodukt, som kan användas som gödningsmedel eller andra applikationer, " förklarar Juneja.

"Vi fann att den extra investeringen var 5,7 miljoner dollar i en befintlig torrmalningsanläggning som producerar 40 miljoner liter etanol om året. Mängden extra intäkter är lite mindre än en miljon dollar varje år, " tillägger hon.

Anläggningar implementerar för närvarande inte dessa metoder, men processorer är mycket intresserade av att lära sig om studiens resultat, Singh noterar.

"De vill veta hur man gör det. Till och med bara förse dem med information om hur fosfor flödar i deras anläggning är mycket värdefullt. Och sedan ge dem strategier för att återvinna det; det är också av värde för dem, " han lägger till.

Singh säger att detta är den andra av tre studier som han och Juneja genomför om fosforåtervinning som en del av INFEWS-projektet.

"Vi tittar på tre olika raffinaderier inom Upper Sangamon Watershed, " säger han. "I denna vattendelare, det finns många olika bearbetningsanläggningar eftersom Illinois har mycket bearbetning av bönor och majs."

Den första studien tittade på majs våtmalningsanläggningar, där majs omvandlas till stärkelse för att göra majssirap med hög fruktoshalt, och den tredje studien kommer att fokusera på anläggningar för bearbetning av sojabönor.

Artikeln, "Recovering the phosphorus as a coproduct from corn dry grind plants:A techno-economic evaluation" publiceras i Spannmålskemi .

Den första studien, "Teknisk ekonomisk genomförbarhet av fosforåtervinning som en biprodukt från majs våtmalningsanläggningar, " publicerades också i Spannmålskemi .