Varje dag produceras stora mängder vassle som en biprodukt av mejeriindustrin. Bara i Tyskland uppgår det till 12,6 miljoner ton per år. För varje kilo ost produceras till exempel 9 kilo vassle. En del av detta förädlas vidare, till exempel till vasslebaserade drycker med frukttillsatser eller andra blanddrycker. Laktosen och proteinerna som finns i vasslan kan också separeras och användas på andra sätt, till exempel som råvara i läkemedel eller i barnmat. Men när proteinerna och laktosen har separerats finns melass kvar. Att kassera detta ämne är mycket komplicerat och dyrt, på grund av dess relativt höga salthalt.

Forskare vid Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems IKTS i Hermsdorf har tillsammans med TU Dresden nu utvecklat en process för att extrahera värdefullt etylacetat, ett färglöst lösningsmedel, från melasset. Etylacetat används ofta vid tillverkning av lim, tryckfärger eller fernissor. Den kan också användas för att rengöra ytor.

Hittills har etylacetat framställts av naturgas och petroleumderivat. Att producera etylacetat av vassle, å andra sidan, resulterar i en produkt som är klart överlägsen jämfört med miljöskadliga lösningsmedel på grund av dess lätta mikrobiella nedbrytbarhet och den är dessutom oberoende av prisfluktuationerna på naturgas och råolja. En annan fördel:den process som utvecklats av TU Dresden och Fraunhofer IKTS gör behovet av kostsam bortskaffande av melass onödigt. Det separerade etylacetatet erbjuder en hög renhet på 97,5 % och kan därför användas omedelbart som råvara utan ytterligare bearbetningssteg.

Jäsning av melass och separation i membranet

I princip är separationsprocessen okomplicerad. Till att börja med fermenteras melasset i en bioreaktor, som ventileras för att möjliggöra aeroba förhållanden. Reaktionen bildar en gas-ångblandning som innehåller etylacetat. Detta separeras sedan med hjälp av speciella kompositmembran. "En blandning av gas och vattenånga blir kvar som en avfallsprodukt, som kan släppas ut i miljön utan problem", säger Dr. Marcus Weyd, chef för Membrane Process Technology and Modeling-gruppen.

I utvecklingen av membranet bidrog forskare vid Fraunhofer IKTS med sina decennier av expertis inom materialområdet, särskilt membranteknologier. Kompositmembranet, som är speciellt utvecklat för processen, består av en kombination av polymerer och oorganiska partiklar baserade på zeolit. "Vi använder flytande silikongummi som polymer. Detta blandas med zeolit ​​(silicalite-1), appliceras på en stödjande polyesterfleece och härdas. Membranet är totalt endast 10 µm tjockt och porstorleken är 0,5 nm", förklarar Dr. Thomas Hoyer, specialist inom området zeolitmembran och nanokompositer.

Även om membranet är försett med porer fungerar inte själva separationsprocessen, där etylacetatet separeras, som en såll. Istället skapas gasseparationseffekten av interaktioner mellan zeolit ​​och etylacetat. "Molekylerna adsorberas av zeoliten, glider längs porytorna, vilket får dem att diffundera genom kompositmembranet", förklarar Dr Hoyer. Det är inte heller nödvändigt att applicera högt tryck för att "tvinga" etylacetatet genom membranet. "Att skapa en viss partiell tryckskillnad är tillräckligt för att initiera den kemiska reaktionen och efterföljande diffusion."

Söks:möjliga användningsområden för melass

Idén uppstod från ett initiativ från TU Dresden, som letade efter sätt att använda melass och vände sig till Fraunhofer IKTS för att få hjälp. TU-teamet tog hand om jäsningsprocessen, medan Fraunhofer-teamet hade ansvaret för att utveckla och optimera membranteknologin.

"Vi har lyckats producera ett mycket avancerat membran med extremt små porer genom en relativt enkel och kostnadseffektiv process", sammanfattar Dr. Weyd. För industriföretag är det en praktisk fördel att gasseparationsprocessen endast består av ett steg och därför endast kräver ett litet antal membran- och styrmoduler. När processparametrarna för jäsning och gasseparation är korrekt konfigurerade, körs separationsprocessen av sig själv och på ett stabilt sätt.

Nästa på forskarnas agenda är att skala storleken på membranmodulerna för att göra tekniken tillgänglig för industriellt bruk. Tekniken har fler tillämpningar än att bara extrahera etylacetat från melass:Den kan användas i alla processer som kräver separering av gasblandningar eller filtrering av flyktiga komponenter som kolväten. + Utforska vidare

Forskare reglerar porstorleksfördelningen för att förbättra nanofiltreringsmembranet