Projekt 15010/01

Förderschwerpunkt Bioabfallverwertung: Entwicklung eines Verfahrens zur Abtrennung und Verwertung der Feststoffe aus dem Abwasser der Kartoffelproduktherstellung

Projektträger

Technische Universität DresdenInstitut für Verarbeitungsmaschinen, Landmaschinenund Verarbeitung
01062 Dresden
Telefon: 0351/4632777

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Verarbeitung von Kartoffeln zu Halb- und Fertigprodukten erfolgt gegenwärtig mit einem hohen Anteil als Abgang, der bis zu 50% betragen kann. Die Zielstellung des Projektes besteht in der Wassereinsparung für den Prozess der Kartoffelaufbereitung, in der Energieeinsparung für den Transport und die Verteilung der Abwässer, in der Verbesserung der Effektivität der landwirtschaftlichen Kartoffelproduktion und in der Bereitstellung kostengünstiger Stärke für biologisch abbaubare Materialien. Außer diesen betriebswirtschaftlichen Problemen ist die Verminderung der Geruchsbelästigung und die Verbesserung der Abwasserqualität zu erreichen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Arbeitsschritte des Projektes konzentrieren sich auf die Gewinnung, Aufbereitung und Verwertung aller kartoffelstärkehaltigen Abgänge. Am Lehrstuhl Landmaschinen der TU Dresden werden dazu angewandte Forschungsarbeiten zur Zerkleinerung von Kartoffelreibseln und Kartoffelstückchen und Untersuchungen zur Fest-Flüssig-Trennung der Suspension mittels Dekantierzentrifuge durchgeführt. Weiterhin werden die Schaumbildung bei der Fest-Flüssig-Trennung und deren Eindämmung sowie Lösungen für die temporäre Stabilisierung des feuchten Stärke-Faser-Substrates untersucht. Im Hinblick auf umweltrelevante Auswirkungen werden Analysen des Zentrifugenwassers, des Waschwassers und der Suspension sowie Keimuntersuchungen und Geruchsmessungen vorgenommen. Als potentieller erster Nutzer der neuen Technologie wird der Kartoffel-Verarbeitungsbetrieb GROKAR Großenhain Ver-suchsmaterial bereitstellen, die Analysentätigkeit unterstützen, Marktanalyse und betriebswirtschaftliche Datenanalyse durchführen. Die Firma Mühlenmontagen Dresden beteiligt sich an der Gewinnung anlagentechnischer Prozessdaten und legt ein Grobprojekt zur Stärkerückgewinnung und zur Aufbereitung des Stärke-Substrates in der Papierfabrik vor. Von der Papiertechnischen Stiftung Heidenau wird die Verwertung des Stärke-Substrates in der Papierindustrie untersucht.
In Zusammenarbeit mit allen Kooperationspartnern wird ein Anlagenkonzept zur Stärkegewinnung aus den Schälabgängen und zur Verbesserung der Abwasserentsorgung erarbeitet.


Ergebnisse und Diskussion

Die gegenwärtige Situation in den Kartoffelprodukte herstellenden Unternehmen ist durch den hohen Anfall an Schälabgang, der zwischen 45 und 50 % der eingesetzten Rohware liegt, gekennzeichnet. Der aus dem Schälprozess resultierende Kartoffelverlust ist auch in absehbarer Zukunft nicht deutlich zu reduzieren. Das hier bearbeitete Projekt hatte das Ziel, die mit dieser hohen Fracht an organischer Substanz belasteten Spül- und Waschwässer der Schälanlagen so zu entlasten, dass eine teilweise Wiederverwendung und die Voraussetzungen für eine weitere Klärung sowie letztlich eine Rückführung in den natürlichen Kreislauf ermöglicht wird.
Das umfangreiche und vielschichtige Projekt hat die Realisierbarkeit dieser Zielstellung nachgewiesen. Es wurde eine Technologie aufgezeigt, die es ermöglicht, alle Feststoffe, die aus Kartoffelstärke, Kartoffelschalen und -gewebestückchen und Kartoffelhälften bestehen, auszuschleusen. Dazu wurden neue und auch bewährte technische Lösungen zur Vorbehandlung der Suspension durch mechanische Zerkleinerung der Kartoffelreibsel und Kartoffelhälften, zur anschließenden Fest-Flüssig-Trennung und zur thermischen Vorbehandlung (Verkleisterung der Stärke) entwickelt und unter Labor- und Praxisbedingungen untersucht. Die Ergebnisse aus diesen umfangreichen Messungen und Erprobungen zur Mahlwalze mit Reibboden als Nachzerkleinerer, einem Schrägklärer zur Vorabscheidung der Feststoffe und einer Schneckenzentrifuge sind in die Arbeiten für ein Anlagenprojekt eingeflossen.
Anhand eines Vorprojektes (Angebotsprojekt) für eine 10.000 t-Verarbeitungskapazität ist mit einem Investitionsaufwand von 320.000 DM und einer Rückflussdauer von 5 Jahren nur eine Belastung von 0,25 DM/kg nutzbarer Stärke (atro) zu verzeichnen (Anlage 11). Dagegen liegt der subventionierte Marktpreis (atro) für native Kartoffelstärke bei 0,96 DM/kg.
Die erreichbare Reduzierung der hohen Frachten an organischer Substanz im Abwasser der Schälanlagen ermöglicht jetzt den weiteren biologischen Abbau der gelösten Bestandteile und eine umweltfreundli-che Technologie der Abwasserbehandlung. Damit kann im Realisierungsfall auf Standardlösungen zurückgegriffen werden.
Umfangreiche Labor- und Technikumuntersuchungen sowie zwei mehrstündige Praxistests zur Wirkung der Kartoffelstärke aus Schälabgang im Papierbildungsprozess zeigen deutliche Steigerungen der Festigkeit der gefertigten Pappen. So erhöhten sich der mittlere Bruchwiderstand der Pappen von 2200 N auf 2350 N und der mittlere Berstwiderstand von 460 kPa auf 490 kPa. Damit können bessere Qualitäten oder dieselben Qualitäten mit weniger Papierstoff hergestellt werden. Das Stärkesubstrat wurde in unveränderter Form und aus verfahrenstechnischen Gründen in verkleisterter Form in die Papierslurry zudosiert. Diese Aufbereitung der Stärke in Form der Verkleisterung kann auch schon im Kartoffelverarbeitungsbetrieb angesiedelt werden. Neben der Verwertung im Papierherstellungsprozess sind dann, nach einer Trocknung des Kartoffelstärke-Substrates, der Einsatz als biologisch abbaubares Biopolymer oder als biologisch basierte Bindemittel in vielfältigen Verwendungsgebieten, wie Dämmstoffen, Verpackungs-hilfsmitteln, Kartonagen und Holzwerkstoffen, möglich.
Wie die Verwertung des Feststoffes aus dem Kartoffel-Schälabgang in den verschiedenen, zur Zeit noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium befindlichen Anwendungsgebieten erfordert auch der Einsatz in der Papierindustrie weitere wissenschaftliche Arbeiten und praxisnahe Untersuchungen. Insbesondere sollte die Modifikation des Kartoffel-Schälabganges so erfolgen, dass nur ganz geringe Mengen von Stärke im Prozesswasser der Papier- und Pappenherstellung verbleiben, d.h. alle Stärkemoleküle an die Papierfaser angelagert und somit im Papier festgehalten werden. Auch die Erweiterung des Einsatzes dieses preiswerten Rohstoffes in qualitativ höherwertigen Papieren, z.B. weißen Verpackungspapieren, durch eine chemisch-biologische Modifikation der Gewebe- und Schalenpartikel ist als Forschungsgegenstand äußerst interessant und noch nicht gelöst.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Der Stand der Untersuchungen und der Forschungsergebnisse wird in der Fachpresse veröffentlicht und speziell im Verband der Kartoffelaufbereitungs- und Schälbetriebe ausgewertet. Erste Ergebnisse wurden im Rahmen eines Vortrages und einer Posterpräsentation anlässlich der Internationalen Tagung Naturstofftechnik am 15. und 16. Februar 2001 in Dresden vorgestellt.


Fazit

Der Einsatz von Kartoffel-Schälabgang in der Papierindustrie erfordert weitere wissenschaftliche Arbeiten und praxisnahe Untersuchungen. Zur Fortführung der erfolgreich begonnenen praxisorientierten Forschungs- und Entwicklungsarbeit wurde eine Projektskizze mit dem Titel Biotechnologischer Aufschluss und Verwertung von Kartoffelschälabgang bei der Verpackungspapierherstellung zu neuen Zielstellungen und Bearbeitungsinhalten erarbeitet.