Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Es war vorgesehen, aus Tier- und Altspeisefetten Fetts\u00e4ureester herzustellen die qualitativ dazu geeignet sind, unverschnitten als Grund\u00f6le f\u00fcr K\u00fchlschmierstoffe eingesetzt zu werden. Dabei kommt der Fraktionierung und Aufreinigung der zun\u00e4chst hergestellten Fetts\u00e4uremethylester durch Winterisierungsverfahren besondere Bedeutung zu. Ursachen f\u00fcr hierbei aufgetretene Produktsch\u00e4digungen sollten aufgekl\u00e4rt und eliminiert werden, um den zuk\u00fcnftigen industriellen Einsatz der Fettprodukte zu f\u00f6rdern (nachhaltiges Wirtschaften).<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenF\u00fcr die Untersuchungen wurden Fetts\u00e4uremethylester bezogen, die gro\u00dftechnisch aus Pflanzen\u00f6l sowie Tier- und Altspeisefetten hergestellt worden waren und somit das gesamte interessierende Materialspekt-rum repr\u00e4sentierten. Im Labor wurden die experimentellen Voraussetzungen geschaffen, um Winterisierungen und Fraktionstrennungen reproduzierbar durchf\u00fchren zu k\u00f6nnen und um Ausgangsester\u00f6le wie auch Folgefraktionen analytisch und fettchemisch durch die Bestimmung der Parameter Fetts\u00e4uremuster, Jodzahl, S\u00e4urezahl, Oxidationsstabilit\u00e4t, Peroxidzahl sowie Elementgehalte charakterisieren zu k\u00f6nnen. So konnte die Anreicherung der ges\u00e4ttigten Fetts\u00e4ureester und die daraus folgenden \u00c4nderungen der o. g. Parameter verfolgt werden. Ferner wurde der Bezug zur praktischen Verwertbarkeit der Ergebnisse \u00fcber eine technische und betriebswirtschaftliche Bewertung durch den Projektpartner RMEnergy Umweltverfahrenstechnik GmbH hergestellt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Bei dreistufigen Winterisierungsexperimenten mit Tierfett- und Altfettmethylestern (TFME, AFME) unter Luft konnten im ersten Schritt die in der Literatur beschriebenen, nachteiligen Ergebnisse reproduzierbar nachvollzogen werden: Die ges\u00e4ttigten Fetts\u00e4uremethylester (FSME) wurden beispielsweise beim TFME von 49% auf 59% angereichert, w\u00e4hrend die Oxidationsstabilit\u00e4t um 43% abfiel. Im Unterschied zu Literaturangaben wurden allerdings bereits bei diesen Experimenten hohe Trennleistungen durch den ersten Kristallisationsschritt erreicht, die in den Folgeschritten nur noch geringf\u00fcgig gesteigert werden konnten. Bei Raps\u00f6lmethylester, mit einem Anteil unges\u00e4ttigter Fetts\u00e4uremethylester von \u00fcber 90%, entstanden in dieser Versuchsserie w\u00e4hrend des Ausfrierens sehr feine Kristalle, die nur mit gek\u00fchlter Fritte (-14 \u00b0C) abfiltriert werden konnten.
\nIm n\u00e4chsten Schritt wurden Winterisierungsversuche einschlie\u00dflich Filtration unter Sauerstoffausschluss (Inertgas Stickstoff) durchgef\u00fchrt. Allerdings konnten keine Vorteile gegen\u00fcber der Kristallisation unter Luft hinsichtlich Trennleistung und Produktschonung festgestellt werden. Dieser Ansatz wurde daher nicht weiterverfolgt. Eine deutliche Verbesserung der Trennleistung erbrachte das Waschen der durch Filtration abgetrennten Stearinphase mit Methanol und damit das Entfernen von Oleineinschl\u00fcssen im Filterkuchen. So konnten nach einmaliger Winterisierung Stearinphasen mit einem Anteil von bis zu 85% ges\u00e4ttigter FSME gewonnen werden. Die eingangs geringen Oxidationsstabilit\u00e4ten blieben dabei konstant bzw. nahmen moderat zu (max. +32%). Die Winterisierung im Laborma\u00dfstab wurde f\u00fcr die vorliegenden TFME und AFME damit als optimiert angesehen.
\nIn den Winterisierungsexperimenten unter Luft bzw. Stickstoff wurden keine stofflichen Hinweise auf oxidative Ver\u00e4nderungen der FSME gefunden. Beispielsweise wurden die Gehalte an freien Fetts\u00e4uren durch die Trennungsg\u00e4nge nicht messbar beeinflusst. Elementanalytische Untersuchungen der Aus-gangsester erbrachten keine Hinweise auf das Vorhandensein potentieller Redoxkatalysatoren. Experimente zur Neigung der hier untersuchten FSME, Luftsauerstoff zu binden (T: 20 \u00b0C bzw. 40 \u00b0C) zeigten, dass deutliche Anzeichen f\u00fcr oxidative Sch\u00e4digungen nach 18 Tagen erst bei 40 \u00b0C messbar waren. Sowohl Temperatur als auch insbesondere Zeitdauer dieser Experimente sind bei Winterisierungsverfahren nicht relevant. In weiteren Untersuchungen wurden synthetische Luft bzw. Stickstoff durch temperiertes Ester\u00f6l (20\u00b0C bzw. 110 \u00b0C, 5 h) und anschlie\u00dfend durch Adsorptionsmittel hindurchgeleitet, um fl\u00fcchtige Oxidations-\/Zersetzungsprodukte zu erfassen. Besonders eindeutig wurde f\u00fcr die Testsubstanz \u00d6ls\u00e4uremethylester (\u00d6ls\u00e4ure: C18:1) gezeigt, dass auch hier bei 20 \u00b0C noch keine Effekte zu beobachten waren. Antioxidantien tragen sehr wahrscheinlich zu dem Effekt der nachteiligen Ver\u00e4nderung von Oxidationsstabilit\u00e4ten bei wiederholter fraktionierende Kristallisation der FSME bei, indem sie sich, wie durch Dotierexperimente gezeigt wurde, in Oleinphasen an- und in Stearinphasen abreichern.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Ergebnisse dieser Arbeit werden in Form eines Posters mit dem Titel Deterioration of Fatty Acid Methyl-esters from Waste Fats during Separation by Fractional Crystallisation w\u00e4hrend der 1st International IU-PAC Conference on Green-Sustainable Chemistry, Dresden, 10 – 15 September 2006, pr\u00e4sentiert. Eine Publikation in einer internationalen Fachzeitschrift ist im Anschluss geplant. Der Ergebnisbericht wird allen dankenswerterweise durch Rat und Tat involvierten KMUs zur Verf\u00fcgung gestellt.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Unter den Bedingungen der Winterisierung (Temperatur, Zeitdauer, Luftkontakt) erwiesen sich die FSME als reaktionstr\u00e4ge. Oxidative Sch\u00e4digungen und andere chemische Ver\u00e4nderungen der Ester konnten erst bei unrelevant hohen Temperaturen und Zeitdauern festgestellt werden. Die Prozessdurchf\u00fchrung unter Schutzgas ist nicht erforderlich. Ein drastisches Absinken der Oxidationsstabilit\u00e4t der Stearinfraktion kann durch die Winterisierung in einem Schritt vermieden werden. Das Waschen des Filterr\u00fcckstands mit Methanol erh\u00f6ht die Trennleistung deutlich und f\u00fcgt sich vorteilhaft in einen kombinierten technischen Prozess aus FSME-Produktion, ebenfalls mit Methanol und anschlie\u00dfender fraktionierter Kristallisation ein. Ver\u00e4nderungen der Oxidationsstabilit\u00e4ten k\u00f6nnten durch in den FSME vorhandene antioxidativ wirkende Substanzen hervorgerufen werden, die sich, bedingt durch ihre Molek\u00fclstrukturen, in fl\u00fcssigen Oleinphasen anreichern und in kristallinen Stearinphasen abreichern. Diese Effekte sollten durch Nachadditivierung, z. B. mit BHT, ausgeglichen werden.
\nEine technische und betriebswirtschaftliche Bewertung des Winterisierungsverfahrens unter Ber\u00fccksichtigung der hier erarbeiteten Ergebnisse durch den Projektpartner RMEnergy Umweltverfahrenstechnik GmbH fiel in Bezug auf die Projektierung kleinerer Anlagen recht positiv aus. Zu einer Zusammenarbeit mit der LCE Consulting GmbH kam es wegen der zwischenzeitlichen Aufl\u00f6sung dieser Firma nicht.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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