Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Infolge bedeutender Wachstumsraten stellt die Verarbeitung na\u00dfextraktiv gewonnener St\u00e4rken eine zunehmende Umweltbelastung dar. Diese resultiert im besonderen aus den technologisch bedingten Emissionen der St\u00e4rkeerzeugung (die Trockensubstanzausbeuten bei der St\u00e4rkeextraktion liegen bei 95 – 98 % bezogen auf die Rohstoffumsatzmenge), jedoch ist auch die Nachfragedominanz bei St\u00e4rke gegen\u00fcber den technologisch bedingt anfallenden Koppelprodukten, wie Protein, potentiell problematisch. Ziel des Vorhabens war es deshalb, Umweltbelastungen durch die steigende Verwendung extrahierter St\u00e4rken in industriellen Prozessen zu mindern bzw. zu vermeiden. Alternativ entwickelte direktchemisch modifizierte Weizenmehle sollten auf ihre Anwendbarkeit als Substitute f\u00fcr St\u00e4rkeprodukte in verschiedenen Industrieprozessen experimentell getestet werden. In den Applikationsversuchen bis zum gro\u00dftechnischen Ma\u00dfstab waren die Funktionalit\u00e4t der neuen Produktgeneration und die umweltentlastende Wirkung nachzuweisen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Untersuchungen zur Applikation direktchemisch modifizierter Getreidemehle wurden f\u00fcr verschiedene Anwendungsf\u00e4lle von modifizierten oder nativen St\u00e4rken in einem Stufenproze\u00df durchgef\u00fchrt. F\u00fcr die jeweilige Anwendungsaufgabe wurde eine Proze\u00df- und Funktionsanalyse des Industrieprozesses durchgef\u00fchrt und eine Konzeption zur Substitution \u00fcblicherweise eingesetzter konventioneller St\u00e4rke erarbeitet. Als Kriterien gelten die relevanten Verfahrens- und Qualit\u00e4tsparameter. Aus der Palette der Wei-zenmehlmodifikate wurden entsprechend ihren Eigenschaften geeignete Testmuster ausgew\u00e4hlt und in Laborversuchsreihen f\u00fcr die praktischen Einsatzbedingungen optimiert. F\u00fcr die Erpobungsversuche im Industriema\u00dfstab wurden Einsatzempfehlungen f\u00fcr das jeweilige Modifikat erarbeitet und n\u00f6tigenfalls in Simulationsversuchen im Laborma\u00dfstab f\u00fcr den Zielproze\u00df \u00fcberpr\u00fcft. Die Modifikatapplikation wurde nach M\u00f6glichkeit in einem Industrieversuch nachgewiesen. Bewertet wurde das reproduzierbare Erreichen der geforderten Proze\u00df- und Qualit\u00e4tsparameter im Vergleich zum konventionellen St\u00e4rkeprodukt anhand der Bestimmung und Auswertung proze\u00df- bzw. produktspezifischer Daten. Dazu wurden Proben gezogen und analysiert. In die Bewertung wurden Kosten\u00fcberlegungen einbezogen. Anhand dieser Daten wurden die umweltrelevanten Vorteile der Anwendung der innovativen Produktgeneration der direktmodifizierten Getreidemehle nachgewiesen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Aufgrund der gro\u00dfen Breite der untersuchten Anwendungsm\u00f6glichkeiten k\u00f6nnen die jeweiligen Ergebnisse nur bezogen auf die Teilprojekte bewertet werden.
\nF\u00fcr den Bereich mit dem gr\u00f6\u00dften potentiellen Anwendungsvolumen, die Papierindustrie, wurden verschiedene spezifische Einsatzm\u00f6glichkeiten untersucht. In allen Bereichen konnte eine hinreichende bis sehr gute Funktionalit\u00e4t im Proze\u00df, gemessen an der erzielten Endproduktqualit\u00e4t, den Eckwerten des Prozesses und den Handlingeigenschaften bei deren Verwendung, nachgewiesen werden.
\nF\u00fcr die Herstellung von Zeitungsdruckpapier wurde ein mit einem Substitutionsgrad (DS) von 0,05 kationisiertes Weizenmehl gegen\u00fcber einer klassischen kationischen Kartoffelst\u00e4rke getestet. Kriterien waren das Erreichen der notwendigen Rupffestigkeit, ausgedr\u00fcckt durch einen Dennison-Wert von 12 und eine Gesamtretention von 69 bis 71 % ohne Erh\u00f6hung des Retentionsmittelzusatzes. Es konnten \u00e4quivalente Wirkungen nachgewiesen werden, die ermittelten CSB-Werte des Siebwassers sind als sehr gut zu bewerten.
\nF\u00fcr die Erprobung kationischer Weizenmehle bei der Herstellung hochgef\u00fcllter Papiere, hier Druckpapiere, wurde zun\u00e4chst die Stippenzahl der Modifikate reduziert. Ma\u00dfstab f\u00fcr die Funktionalit\u00e4t kationischer Getreidemehlmodifikate als Masseleimungsmittel ist der Beitrag zur Festigkeitssteigerung und eine gute Eigen- und F\u00fcllstoffretention, gemessen am Anstieg des Aschegehaltes des Papiers. Der Langzeit-versuch zeigte \u00dcbereinstimmung zur Standardst\u00e4rke.
\nF\u00fcr die Herstellung von Papieren mit Na\u00dffestausr\u00fcstung erwies sich eine hydrophobierende Modifizierung des Weizenmehls als durchf\u00fchrbar, aber zu kostenintensiv. Gute Ergebnisse zeigte jedoch eine gekochte hochkationische Modifikatl\u00f6sung als Schutzkolloid bei der Emulgierung wasserunl\u00f6slicher Harzleime.In der Gie\u00dfereiindustrie wurde ein sehr hoffnungsvoller Ansatz f\u00fcr eine Verwendung von Modifikaten mit niedrigem Substitutionsgrad als Bindemittel f\u00fcr Gie\u00dfereiformsande aus Bentoniten erreicht, deren R\u00fcckgewinnbarkeit auf dem r\u00fcckstandsfreien Ausbrennen des Bindemittels aus dem Bentonit beruht.
\nGrunds\u00e4tzlich m\u00f6glich ist auch die Verwendung modifizierter Getreidemehle zur Kohlebrikettierung. Anionisches Weizenmehl erreichte bei der Brikettierung von Grillkohle zwar \u00e4quivalente Ergebnisse zur konventionell eingesetzten Weizen-B-St\u00e4rke, ist aber teurer.
\nKosteng\u00fcnstiger kann jedoch Carbomethylcellulose durch ein kaltquellendes kationisches Weizenmehlmodifikat bei der Herstellung von Pre\u00dfkohle ersetzt werden. Allerdings traten bei W\u00e4rmezufuhr Geruchsbel\u00e4stigungen als Folge des Proteinanteils auf. Dagegen hat sich s\u00e4uremodifiziertes Weizenmehl als Agglomerationsmittel bei der Herstellung von F\u00fcllk\u00f6rpern auf der Basis nachwachsender Rohstoffe bew\u00e4hrt.
\nF\u00fcr die Verwendung ionisch modifizierter Getreidemehle als Hilfsstoff bei der Abwasserreinigung sind grunds\u00e4tzlich L\u00f6sungsans\u00e4tze erkennbar. Notwendig sind hochionische kaltl\u00f6sliche Produkte, die bedarfsabh\u00e4ngig dosierbar sind. Au\u00dferordentlich interessante Applikationsm\u00f6glichkeiten f\u00fcr modifizierte Weizenmehle existieren in der Baustoffindustrie. F\u00fcr die Herstellung von Gipskartonplatten erwies sich das neuentwickelte s\u00e4uremodifizierte Weizenmehl f\u00fcr die Kartonhaftung und zur Kristallisationsbeeinflussung als gut geeignet. Um dieses Produkt bis zur Fertigungsreife zu entwickeln, war umfangreiche FE-Arbeit erforderlich. Es wurde ein mit Salzs\u00e4ure hydrolisiertes Weizenmehlmodifikat optimiert. Rohstoffseitig bedeutet dies eine Limitierung des Proteingehaltes des verwendeten Weizenmehles. Die Prozesstemperatur darf die Koagulationstemperatur des Proteins nicht \u00fcberschreiten, um eine ausreichende Produkt-Wasserl\u00f6slichkeit zu gew\u00e4hrleisten. Die Ergebnisse der Laborphase wurden im kleintechnischen und halbtechnischen Ma\u00dfstab \u00fcberpr\u00fcft. Erprobungsversuche bei einem Gipskartonplattenproduzenten mit halbtechnisch hergestelltem Hydrolisatchargen best\u00e4tigen die Produktfunktionalit\u00e4t. Die Projektergebnisse sind unmittelbar nutzbar. Die Verf\u00fcgbarkeit von s\u00e4uremodifiziertem Weizenmehl als Gipskartonplattenadditiv erschlie\u00dft gegen\u00fcber dem Einsatz von St\u00e4rke ein erhebliches Umweltentlastungspotential.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Pr\u00e4sentation des Projektes auf verschiedenen Messen (z.B. Terratec, Leipzig) und Veranstaltungen, insbesondere zum Themenkreis Nachwachsende Rohstoffe sowie in Brosch\u00fcren der Deutschen Bundesstiftung Umwelt.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die anwendungsfallbezogenen Projektziele konnten grunds\u00e4tzlich erreicht und die von der neuen Produktgeneration direktchemisch modifizierter Getreidemehle Funktionalit\u00e4t mit den prognostizierten Wirkungen nachgewiesen werden. Au\u00dferordentlich erfolgreich verliefen die Anwendungserprobungen auf dem Sektor der Papierindustrie, weitere Applikationsfelder sind vielversprechend.
\nDie Substitution konventioneller St\u00e4rken durch modifizierte Getreidemehle f\u00fchrt infolge hoher Tonnagen im industriellen Verbrauch vor allem durch die deutliche Senkung des Prim\u00e4renergiebedarfes um 2300 kW\/t abgel\u00f6stes St\u00e4rkeprodukt zu einer sp\u00fcrbaren Umweltentlastung, die durch eine Vielzahl anwendungstechnischer \u00f6kologischer Affekte noch verst\u00e4rkt werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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