Projekt 00214/01

Anwendungstechnische Untersuchung und Optimierung von Produkten aus trocken- modifiziertem Weizenmehl in verschiedenen industriellen Anwendungen

Projektträger

Ceresan GmbH
Leipziger Str. 67
04420 Markranst√§dtZielsetzung und Anlass des Vorhabens Infolge bedeutender Wachstumsraten stellt die Verarbeitung na√üextraktiv gewonnener St√§rken eine zunehmende Umweltbelastung dar. Diese resultiert im besonderen aus den technologisch bedingten Emissionen der St√§rkeerzeugung (die Trockensubstanzausbeuten bei der St√§rkeextraktion liegen bei 95 - 98 % bezogen auf die Rohstoffumsatzmenge), jedoch ist auch die Nachfragedominanz bei St√§rke gegen√ľber den technologisch bedingt anfallenden Koppelprodukten, wie Protein, potentiell problematisch. Ziel des Vorhabens war es deshalb, Umweltbelastungen durch die steigende Verwendung extrahierter St√§rken in industriellen Prozessen zu mindern bzw. zu vermeiden. Alternativ entwickelte direktchemisch modifizierte Weizenmehle sollten auf ihre Anwendbarkeit als Substitute f√ľr St√§rkeprodukte in verschiedenen Industrieprozessen experimentell getestet werden. In den Applikationsversuchen bis zum gro√ütechnischen Ma√üstab waren die Funktionalit√§t der neuen Produktgeneration und die umweltentlastende Wirkung nachzuweisen. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Untersuchungen zur Applikation direktchemisch modifizierter Getreidemehle wurden f√ľr verschiedene Anwendungsf√§lle von modifizierten oder nativen St√§rken in einem Stufenproze√ü durchgef√ľhrt. F√ľr die jeweilige Anwendungsaufgabe wurde eine Proze√ü- und Funktionsanalyse des Industrieprozesses durchgef√ľhrt und eine Konzeption zur Substitution √ľblicherweise eingesetzter konventioneller St√§rke erarbeitet. Als Kriterien gelten die relevanten Verfahrens- und Qualit√§tsparameter. Aus der Palette der Wei-zenmehlmodifikate wurden entsprechend ihren Eigenschaften geeignete Testmuster ausgew√§hlt und in Laborversuchsreihen f√ľr die praktischen Einsatzbedingungen optimiert. F√ľr die Erpobungsversuche im Industriema√üstab wurden Einsatzempfehlungen f√ľr das jeweilige Modifikat erarbeitet und n√∂tigenfalls in Simulationsversuchen im Laborma√üstab f√ľr den Zielproze√ü √ľberpr√ľft. Die Modifikatapplikation wurde nach M√∂glichkeit in einem Industrieversuch nachgewiesen. Bewertet wurde das reproduzierbare Erreichen der geforderten Proze√ü- und Qualit√§tsparameter im Vergleich zum konventionellen St√§rkeprodukt anhand der Bestimmung und Auswertung proze√ü- bzw. produktspezifischer Daten. Dazu wurden Proben gezogen und analysiert. In die Bewertung wurden Kosten√ľberlegungen einbezogen. Anhand dieser Daten wurden die umweltrelevanten Vorteile der Anwendung der innovativen Produktgeneration der direktmodifizierten Getreidemehle nachgewiesen. Ergebnisse und Diskussion Aufgrund der gro√üen Breite der untersuchten Anwendungsm√∂glichkeiten k√∂nnen die jeweiligen Ergebnisse nur bezogen auf die Teilprojekte bewertet werden. F√ľr den Bereich mit dem gr√∂√üten potentiellen Anwendungsvolumen, die Papierindustrie, wurden verschiedene spezifische Einsatzm√∂glichkeiten untersucht. In allen Bereichen konnte eine hinreichende bis sehr gute Funktionalit√§t im Proze√ü, gemessen an der erzielten Endproduktqualit√§t, den Eckwerten des Prozesses und den Handlingeigenschaften bei deren Verwendung, nachgewiesen werden. F√ľr die Herstellung von Zeitungsdruckpapier wurde ein mit einem Substitutionsgrad (DS) von 0,05 kationisiertes Weizenmehl gegen√ľber einer klassischen kationischen Kartoffelst√§rke getestet. Kriterien waren das Erreichen der notwendigen Rupffestigkeit, ausgedr√ľckt durch einen Dennison-Wert von 12 und eine Gesamtretention von 69 bis 71 % ohne Erh√∂hung des Retentionsmittelzusatzes. Es konnten √§quivalente Wirkungen nachgewiesen werden, die ermittelten CSB-Werte des Siebwassers sind als sehr gut zu bewerten. F√ľr die Erprobung kationischer Weizenmehle bei der Herstellung hochgef√ľllter Papiere, hier Druckpapiere, wurde zun√§chst die Stippenzahl der Modifikate reduziert. Ma√üstab f√ľr die Funktionalit√§t kationischer Getreidemehlmodifikate als Masseleimungsmittel ist der Beitrag zur Festigkeitssteigerung und eine gute Eigen- und F√ľllstoffretention, gemessen am Anstieg des Aschegehaltes des Papiers. Der Langzeit-versuch zeigte √úbereinstimmung zur Standardst√§rke. F√ľr die Herstellung von Papieren mit Na√üfestausr√ľstung erwies sich eine hydrophobierende Modifizierung des Weizenmehls als durchf√ľhrbar, aber zu kostenintensiv. Gute Ergebnisse zeigte jedoch eine gekochte hochkationische Modifikatl√∂sung als Schutzkolloid bei der Emulgierung wasserunl√∂slicher Harzleime.In der Gie√üereiindustrie wurde ein sehr hoffnungsvoller Ansatz f√ľr eine Verwendung von Modifikaten mit niedrigem Substitutionsgrad als Bindemittel f√ľr Gie√üereiformsande aus Bentoniten erreicht, deren R√ľckgewinnbarkeit auf dem r√ľckstandsfreien Ausbrennen des Bindemittels aus dem Bentonit beruht. Grunds√§tzlich m√∂glich ist auch die Verwendung modifizierter Getreidemehle zur Kohlebrikettierung. Anionisches Weizenmehl erreichte bei der Brikettierung von Grillkohle zwar √§quivalente Ergebnisse zur konventionell eingesetzten Weizen-B-St√§rke, ist aber teurer. Kosteng√ľnstiger kann jedoch Carbomethylcellulose durch ein kaltquellendes kationisches Weizenmehlmodifikat bei der Herstellung von Pre√ükohle ersetzt werden. Allerdings traten bei W√§rmezufuhr Geruchsbel√§stigungen als Folge des Proteinanteils auf. Dagegen hat sich s√§uremodifiziertes Weizenmehl als Agglomerationsmittel bei der Herstellung von F√ľllk√∂rpern auf der Basis nachwachsender Rohstoffe bew√§hrt. F√ľr die Verwendung ionisch modifizierter Getreidemehle als Hilfsstoff bei der Abwasserreinigung sind grunds√§tzlich L√∂sungsans√§tze erkennbar. Notwendig sind hochionische kaltl√∂sliche Produkte, die bedarfsabh√§ngig dosierbar sind. Au√üerordentlich interessante Applikationsm√∂glichkeiten f√ľr modifizierte Weizenmehle existieren in der Baustoffindustrie. F√ľr die Herstellung von Gipskartonplatten erwies sich das neuentwickelte s√§uremodifizierte Weizenmehl f√ľr 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√§ure hydrolisiertes Weizenmehlmodifikat optimiert. Rohstoffseitig bedeutet dies eine Limitierung des Proteingehaltes des verwendeten Weizenmehles. Die Prozesstemperatur darf die Koagulationstemperatur des Proteins nicht √ľberschreiten, um eine ausreichende Produkt-Wasserl√∂slichkeit zu gew√§hrleisten. Die Ergebnisse der Laborphase wurden im kleintechnischen und halbtechnischen Ma√üstab √ľberpr√ľft. Erprobungsversuche bei einem Gipskartonplattenproduzenten mit halbtechnisch hergestelltem Hydrolisatchargen best√§tigen die Produktfunktionalit√§t. Die Projektergebnisse sind unmittelbar nutzbar. Die Verf√ľgbarkeit von s√§uremodifiziertem Weizenmehl als Gipskartonplattenadditiv erschlie√üt gegen√ľber dem Einsatz von St√§rke ein erhebliches Umweltentlastungspotential. √Ėffentlichkeitsarbeit und Pr√§sentation Pr√§sentation des Projektes auf verschiedenen Messen (z.B. Terratec, Leipzig) und Veranstaltungen, insbesondere zum Themenkreis Nachwachsende Rohstoffe sowie in Brosch√ľren der Deutschen Bundesstiftung Umwelt. Fazit Die anwendungsfallbezogenen Projektziele konnten grunds√§tzlich erreicht und die von der neuen Produktgeneration direktchemisch modifizierter Getreidemehle Funktionalit√§t mit den prognostizierten Wirkungen nachgewiesen werden. Au√üerordentlich erfolgreich verliefen die Anwendungserprobungen auf dem Sektor der Papierindustrie, weitere Applikationsfelder sind vielversprechend. Die Substitution konventioneller St√§rken durch modifizierte Getreidemehle f√ľhrt infolge hoher Tonnagen im industriellen Verbrauch vor allem durch die deutliche Senkung des Prim√§renergiebedarfes um 2300 kW/t abgel√∂stes St√§rkeprodukt zu einer sp√ľrbaren Umweltentlastung, die durch eine Vielzahl anwendungstechnischer √∂kologischer Affekte noch verst√§rkt werden.

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Sachsen

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15.05.1992 - 02.10.2001